隨著智能紡織品市場在醫(yī)療保健、個人防護(hù)、運(yùn)動服裝和汽車應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)增長,開發(fā)人員正在尋求將電子功能直接集成到紡織品中的新方法,以避免傳統(tǒng)布線的僵硬性和復(fù)雜性。

具有高伸長性和柔韌性的導(dǎo)電紡織復(fù)合材料，實現(xiàn)傳感器集成智能紡織品 ©FILK弗萊貝格研究所

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，德國FILK弗萊貝格研究所(一家在紡織品聚合物涂層領(lǐng)域擁有專業(yè)知識的獨(dú)立研究機(jī)構(gòu))與Optotransmitter-Umweltschutz-Technologie (OUT) e.V.開展合作。該聯(lián)合項目由德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)能源部 (BMWE) 的工業(yè)聯(lián)合研究計劃(IGF)資助,致力于開發(fā)用于下一代智能紡織品的柔性導(dǎo)電聚合物表面。

該項目的目標(biāo)是通過在材料內(nèi)部創(chuàng)建均勻的導(dǎo)電“電勢場”,實現(xiàn)多個LED和傳感器在紡織品表面的自由分布。與傳統(tǒng)的導(dǎo)線相比,這項技術(shù)提供了更大的靈活性。

使用Impranil^®制備柔性導(dǎo)電聚氨酯薄膜

為了實現(xiàn)所需的導(dǎo)電性、延展性和柔韌性組合,FILK和OUT e.V.采用了科思創(chuàng)(Covestro)的水性Impranil^®聚氨酯分散體,制備了一種柔性導(dǎo)電聚氨酯薄膜,并將碳納米管作為導(dǎo)電添加劑摻入其中。

通過對導(dǎo)電聚合物表面進(jìn)行激光結(jié)構(gòu)化處理,可以精確調(diào)控電勢場的電學(xué)特性,從而使LED和傳感器無需傳統(tǒng)布線即可自由分布在紡織品表面。通過集成傳感器對嵌入LED進(jìn)行主動控制,支持實時監(jiān)測,并可依據(jù)應(yīng)用需求通過調(diào)制電壓或藍(lán)牙實現(xiàn)雙向通信。

FILK弗萊貝格研究所功能層系統(tǒng)部門副主任Martin Heise博士表示:“我們的目標(biāo)是重新思考如何將電子元件集成到紡織品中。通過使用科思創(chuàng)的Impranil®聚氨酯分散體創(chuàng)建導(dǎo)電表面而非固定布線,我們可以更自由地分布傳感器和光源,從而實現(xiàn)全新的智能紡織品設(shè)計及應(yīng)用。”

OUT e.V.項目經(jīng)理Iris Vela-Wallenschus博士指出:“在柔性紡織基材上實現(xiàn)分布式電子、實時傳感與雙向通信,是可穿戴技術(shù)向前邁出的重要一步。通過與FILK及科思創(chuàng)合作,我們已證明這種自適應(yīng)功能能夠達(dá)到傳統(tǒng)布線方法難以企及的精密水平。”

賦能新一代智能紡織品

項目成果是一個結(jié)合了導(dǎo)電聚合物材料、傳感器集成與智能控制的技術(shù)平臺。該平臺為新的應(yīng)用打開了可能性,例如用于新生兒黃疸光療的傳感器控制嬰兒服。目前新生兒黃疸的標(biāo)準(zhǔn)治療依賴于醫(yī)院保育箱中約455納米的藍(lán)光。一款將藍(lán)光LED和傳感器直接集成到服裝中的柔性嬰兒服,可以持續(xù)監(jiān)測治療進(jìn)展并實時調(diào)整光強(qiáng)與分布。這一方法有望在助產(chǎn)士的支持下,推動開發(fā)更靈活的治療方案。

感應(yīng)控制的新生兒黃疸連體衣，用于光療 ©FILK弗萊貝格研究所

在此應(yīng)用之外,基于Impranil^® PUD的配方還可用于加熱紡織品、壓力傳感器以及可穿戴電子設(shè)備的柔性導(dǎo)電路徑等應(yīng)用。該系統(tǒng)還可適應(yīng)數(shù)字印刷等可擴(kuò)展的制造工藝,從而支持在運(yùn)動服裝、汽車內(nèi)飾、防護(hù)裝備及互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等行業(yè)的更廣泛應(yīng)用。

科思創(chuàng)紡織品涂層全球負(fù)責(zé)人Torsten Pohl博士補(bǔ)充道:"這個項目展示了材料創(chuàng)新如何為紡織品解鎖新功能。我們的Impranil®水性聚氨酯分散體提供了實現(xiàn)這一復(fù)雜概念所需的關(guān)鍵柔韌性、耐久性和加工性,使其成為可擴(kuò)展的智能紡織品平臺。我們很自豪能夠支持FILK和OUT e.V.開發(fā)出一個從新生兒護(hù)理到更廣泛可穿戴市場都具有實際影響力的系統(tǒng)。"