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為了將電子紡織品帶入智能家居，劍橋大學(xué)的研究人員通過將有源電子設(shè)備編織到纖維中制造了一個 46 英寸的紡織品顯示器。

上周，劍橋大學(xué)的研究人員宣布，他們已經(jīng)開發(fā)出一種新穎的高亮度 RGB 彩色智能紡織品顯示器。該項目部分由工程和物理科學(xué)研究委員會 (EPSRC) 資助。

智能紡織品顯示系統(tǒng)在折疊、彎曲和滾動條件下保持性能。圖片由 劍橋大學(xué)提供

智能紡織系統(tǒng)通常由導(dǎo)電聚合物、傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元組成。這些組件被精心集成在一起，以創(chuàng)建一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對來自熱源、機(jī)械源和電源的輸入進(jìn)行處理和反應(yīng)。

智能紡織品已在健康、體育、娛樂、軍事等廣泛領(lǐng)域找到有用的應(yīng)用。劍橋大學(xué)的研究如何推動電子紡織品制造，特別是智能家居？

是什么讓紡織品變得智能？

可擴(kuò)展性和耐用性是研究人員在制造智能紡織品時考慮的兩個因素。他們必須仔細(xì)選擇最能發(fā)揮設(shè)備功能的材料和纖維類型。

智能紡織系統(tǒng)的崩潰。圖片由Nature提供

導(dǎo)電有機(jī)聚合物是智能紡織品中使用的材料之一。這些材料具有高柔韌性、彈性和回彈性。此外，這些材料的導(dǎo)電性可以通過添加導(dǎo)電油墨來增加。此外，當(dāng)將納米顆粒整合到織物中時，它們會增強(qiáng)其性能并改善性能。

另一種可以織成織物的合適材料是光纖。光纖促進(jìn)了嵌入式功能，對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的光數(shù)據(jù)傳輸特別有用。

采用鉻材料可以讓智能織物在暴露于外部刺激時改變顏色。雖然光致變色材料可以在感應(yīng)光時改變織物的顏色，但熱致變色材料可以在對熱作出反應(yīng)時改變織物的顏色。

智能紡織系統(tǒng)中的典型傳感器包括光電探測器和生物傳感器。圖片由Nature提供

除了上述用于制造智能紡織產(chǎn)品的導(dǎo)電材料外，包括傳感器和執(zhí)行器在內(nèi)的有源電子設(shè)備也是集成到織物中的重要組件。射頻 (RF) 天線、光電探測器、溫度傳感器和 LED 也是這些設(shè)備中的常見組件。 

光纖設(shè)備在 46 英寸智能紡織系統(tǒng)中占據(jù)中心位置

智能紡織品的最新發(fā)展來自劍橋大學(xué)。研究人員結(jié)合了光纖設(shè)備（F-devices）將信號傳輸?shù)街悄芗徔椑w維顯示（F-LED）系統(tǒng)。高導(dǎo)電纖維用于連接 F 器件。研究人員斷言，這種 46 英寸的智能紡織系統(tǒng)可能會在智能家居行業(yè)找到應(yīng)用。

該研究使用對稱和非對稱編織圖案將六個輸入光纖設(shè)備集成到紡織品中，以實現(xiàn)包括觸摸感應(yīng)、無線電力傳輸和環(huán)境監(jiān)測在內(nèi)的多種功能。

這些 F 設(shè)備包括：

F-射頻

F-光電探測器

F-觸摸傳感器

F-溫度傳感器

F-生物傳感器模塊

F-儲能

監(jiān)測環(huán)境條件和心臟活動是智能紡織系統(tǒng)的典型應(yīng)用。圖片由Nature提供

F-生物傳感器模塊和F-溫度傳感器可以分別檢測實時心跳和環(huán)境溫度，而射頻儲能可以作為主電源和F-LED顯示屏之間的開關(guān)。輸入 F 設(shè)備處理的信號在 F-LED 顯示屏上可視化。

該研究的首席研究員 Jong Min Kim 教授指出，縮小智能紡織系統(tǒng)是在日常消費應(yīng)用中解鎖電子纖維和電子紡織品的有價值的第一步。

基于纖維的電子紡織品的下一步

研究人員通過在每個纖維組件上涂上彈性材料，編織纖維基組件以提高耐用性，并使用激光焊接和導(dǎo)電粘合劑將這些組件連接在一起，從而使這種嵌入式技術(shù)與編織兼容。 

根據(jù)劍橋的新聞稿，這項研究代表了使用完全基于纖維的制造方法將如此龐大的復(fù)雜傳感器系統(tǒng)集成到紡織品中的首次嘗試。

展望未來，研究團(tuán)隊及其歐洲合作者現(xiàn)在正在測試其他可持續(xù)材料，以創(chuàng)建更多用于日常用品的電子紡織品系統(tǒng)。例如，這種織物最終可以用于太陽能電池板、超級電容器和電池。研究人員甚至在思考，他們的智能紡織品有朝一日如何能夠?qū)崿F(xiàn)能量收集地毯、充當(dāng)電視的窗簾和自供電服裝。