energetische und photonische Funktionen integriert
Forscher haben ein gewebtes 46-Zoll-Display entwickelt, bei dem intelligente Sensoren, Energiegewinnung und -speicherung direkt in das Gewebe integriert sind.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat ein vollständig gewebtes intelligentes Textildisplay entwickelt, das aktive elektronische, sensorische, energetische und photonische Funktionen integriert. Die Funktionen sind direkt in die Fasern und Garne eingebettet, die mit textilbasierten industriellen Verfahren hergestellt werden.
Die Forscher, die von der Universität Cambridge geleitet werden, sagen, dass ihr Ansatz zu Anwendungen führen könnte, die wie Science-Fiction klingen: Vorhänge, die gleichzeitig Fernseher sind, Teppiche, die Energie sammeln, und interaktive, selbstversorgte Kleidung und Stoffe.
Es ist das erste Mal, dass ein skalierbares, großflächiges, komplexes System in Textilien integriert wurde, und zwar mit einem vollständig faserbasierten Herstellungsansatz. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Trotz der jüngsten Fortschritte bei der Entwicklung intelligenter Textilien sind deren Funktionalität, Abmessungen und Formen durch die derzeitigen Herstellungsverfahren begrenzt. Die Integration spezialisierter Fasern in Textilien durch herkömmliche Web- oder Strickverfahren bedeutet, dass sie in alltägliche Gegenstände integriert werden könnten, was eine große Bandbreite an potenziellen Anwendungen eröffnet. Bislang war die Herstellung dieser Fasern jedoch auf eine bestimmte Größe beschränkt, oder die Technologie war nicht mit Textilien und dem Webverfahren kompatibel.
Um die Technologie mit dem Weben kompatibel zu machen, beschichteten die Forscher jede Faserkomponente mit Materialien, die einer ausreichenden Dehnung standhalten, so dass sie auf Textilherstellungsanlagen verwendet werden können. Außerdem hat das Team einige der faserbasierten Komponenten geflochten, um ihre Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Schließlich verbanden sie mehrere Faserkomponenten mithilfe von leitfähigen Klebstoffen und Laserschweißtechniken miteinander. Durch die Kombination dieser Techniken konnten sie mehrere Funktionen in ein großes Stück gewebten Stoffs mit standardmäßigen, skalierbaren Textilherstellungsprozessen einbauen.
Das so entstandene Gewebe kann als Display fungieren, verschiedene Eingänge überwachen oder Energie zur späteren Verwendung speichern. Das Gewebe kann Hochfrequenzsignale, Berührung, Licht und Temperatur erkennen. Es kann auch aufgerollt werden, und da es mit kommerziellen Textilherstellungstechniken hergestellt wird, könnten auf diese Weise große Rollen von Funktionsgewebe hergestellt werden.
Laut den Forschern ebnet ihr Display-Prototyp den Weg für E-Textil-Anwendungen der nächsten Generation in Bereichen wie intelligente und energieeffiziente Gebäude, die ihre eigene Energie erzeugen und speichern können, Internet der Dinge (IoT), verteilte Sensornetzwerke und interaktive Displays, die flexibel und tragbar sind, wenn sie in Textilien integriert sind.
"Unser Ansatz basiert auf der Konvergenz von Mikro- und Nanotechnologie, fortschrittlichen Displays, Sensoren, Energie und technischer Textilherstellung", sagte Professor Jong-min Kim vom Cambridge Department of Engineering, der die Forschung gemeinsam mit Dr. Luigi Occhipinti und Professor Manish Chhowalla leitete. "Dies ist ein Schritt auf dem Weg zur vollständigen Nutzung nachhaltiger, bequemer E-Fasern und E-Textilien in täglichen Anwendungen. Und das ist erst der Anfang."
"Durch die Integration von faserbasierter Elektronik, Photonik, Sensorik und Energiefunktionen können wir eine völlig neue Klasse von intelligenten Geräten und Systemen schaffen", so Occhipinti, ebenfalls vom Cambridge Department of Engineering. "Wenn wir das volle Potenzial der Textilherstellung ausschöpfen, könnten wir schon bald intelligente und energieautonome Geräte für das Internet der Dinge sehen, die nahtlos in Alltagsgegenstände und viele andere Anwendungen im Sektor integriert werden."
Die Forscher arbeiten mit europäischen Partnern zusammen, um die Technologie nachhaltig und für Alltagsgegenstände nutzbar zu machen. Sie arbeiten auch daran, nachhaltige Materialien als Faserkomponenten zu integrieren, um eine neue Klasse von Energie-Textilsystemen zu schaffen. Ihr flexibles und funktionales intelligentes Gewebe könnte schließlich zu Batterien, Superkondensatoren, Solarzellen und anderen Geräten verarbeitet werden.
Die Forschung wurde zum Teil von der Europäischen Kommission und dem Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), einem Teil des UK Research and Innovation (UKRI), finanziert.
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