把电脑九州体育app织进衣服里?MIT团队研发新型

 新闻资讯     |      2021-06-15 12:47



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图片来源:Pixabay


作者吴

编辑詹姆斯。魏


纤维是人类最早使用的材料之一,与我们的衣食住行息息相关。早在5000年前,在新石器时代的良渚文化时期,我们的祖先就用丝绸等材料制作纺织品。如今,借助化学技术和半导体技术等先进技术,我们已经能够制造出具有不同机械性能、热力学性能、光学性能以及所需的更复杂性能的功能纤维。


近年来,随着微电子和高分子技术的发展,这些科学家和工程师有了新的视野:电子元件和柔性纤维能否集成,让人们可以把电脑当“衣服”穿?最近,麻省理工学院(MIT)教授Yoel Fink的研究团队离将一台完整的计算机编织成织物只有一步之遥:他们成功地将微芯片嵌入到一根纤维中[2]。



让电脑可穿戴


事实上,在过去的几年里,科学家已经能够使柔性纤维具有储能、传感、信息存储和显示等功能。,而组成电脑所需要的外部设备也基本准备好了。


2017年,复旦大学彭慧生教授率先提出并实现了纤维状聚合物电池[3]。本研究设计了一种同轴结构,以锂化硅/碳纳米管杂化纤维为内负电极,聚合物凝胶为电解质,碳纳米管网格为外正电极。制作了一种超柔性硅氧电池,不仅能量密度高,而且具有超过20000次充放电的超长寿命。这就使得面料本身成为了电源,解决了供电问题。


在随后的几年里,彭惠生的团队先后开发了多种用于发电和储能的纤维材料,包括纤维锂离子电池和纤维钙钛矿太阳能电池,可以适应不同的应用场景,还探索了纤维传感等其他类似领域。


有了电源基础,传感器的信息捕捉能力才能发挥作用,信息输出部件也是整个电子设备系统不可缺少的一部分。具有显示功能的织物是应用领域的重点之一。以前的柔性显示技术,即使可以卷曲,也达不到面料的柔软度。如何搭建一个柔软可编程的发光结构是一个很大的问题。2021年3月,彭惠生领导的研究小组在《自然》杂志上发表论文,展示了一种新开发的大面积“智能展示布”。


这种智能展示布由经线和纬线两种不同的功能纤维编织而成[6],负载发光活性物质的高分子复合纤维为经线,导电透明高分子凝胶纤维为纬线。只要施加交流电压,经纬交叉点的发光有源层就会被电场激发,成为发光像素。通过物理研磨形成的像素即使在纤维滑动、旋转或弯曲时也能保持其位置和亮度稳定。


彭惠生团队在新型纤维电子器件领域的不断创新突破已经引起了全世界的关注,这个领域的研发并不仅仅来自于一家。各种特性和功能的电子纤维已引起国际学术界和工业界的广泛关注。彭辉被邀请为《高级材料》的特约编辑。2020年2月,出版了纤维电子学专刊《智能电子用纤维基材料》[4],发表了纤维电池、纤维传感器等结构及其设计制造工艺的多项研究成果。