怎樣實現将半導體融入紡織物以創造智能面料的目标

　　這标志研究人員終于實現将半導體融入紡織物以創造智能面料的目标，同時這也填補了紡織制造業中複雜功能性面料技術的空白。研究人員預測這種纖維在未來數十年内将以指數增長的速度迅速發展。

　　本周，這項研究成果在《自然》上發表。作者分别是畢業于麻省理工學院的研究生Michael Rein，麻省理工學院材料科學與電子工程系的教授、面料公司Advanced Functional Fabrics of America(AFFOA)的CEO Yoel Fink，以及一個來自AFFOA、Inman Mills、洛桑聯邦理工學院和林肯實驗室的團隊。

　　光纖的傳統制造方法是制作一個放大版的光纖作為預制件，将預制件加熱軟化後，在張力下拉伸得到的光纖。

　　制造新型纖維的關鍵突破是将一個隻有沙粒大小的發光半導體二極管和一對極細的銅線聚合成預制件。在将纖維的加熱拉伸過程中，聚合物預制件部分液化，形成長纖維，二極管沿纖維中心軸向分布并通過銅線連接。

　　這個過程使用的半導體器件是由發光二極管(LED)和光敏二極管構成。在拉伸過程中，半導體和銅線尺寸保持不變，同時纖維在兩者四周收縮，得到的光纖在織成整塊面料後，還需要經過10次洗滌來驗證其作為衣服材料的實用性。

　　論文的第一作者Rein說：“這種新工藝給光纖制造打開了新的思路，我們不是将所有材料以液态的形式聚合在一起，而是将金屬線與顆粒狀的部件聚合在一起。”

　　聚合功能的纖維材料本身的一個優點是天然具有防水性。為了證明這一點，該團隊将一些光電探測纖維放入魚缸内。在魚缸外的讓一盞燈以光學信号的形式将音樂傳送到水中光纖。魚缸中的光纖将光脈沖轉換成電脈沖信号，最後轉換成音樂。

　　雖然這種纖維制造的原理聽起來十分簡單，但要實現保質保量的規模化生産則是一個漫長而艱難的過程。AFFOA的工作人員開發的這種提高纖維産能的方法，為實現這種纖維的工業化生産做好了準備。與此同時，Inman Mills的Marty Ellis則開發出了一項新技術，讓功能纖維能夠通過傳統大規模紡織機制成紡織面料。

　　Fink說：“這篇論文為将半導體器件結合到纖維上提供了捷徑。我們預計這種纖維技術會在未來幾年中高速發展。如今，我們已經能夠拓展面料的一些基本功能，包括通信，照明，生理監測等。在未來幾年，面料将能夠提供更多的智能服務。”

　　Fink表示，這項技術最初的商業應用将是與通信和安全相關的産品，第一批産品将于明年進入市場。這将是第一個紡織物通信系統。他說，“我們正以前所未有的速度和規模将這項技術向國内制造商推廣。從實驗室研究到商業化的過程非常迅速。要實現快速的科研成果商業轉化的關鍵是要像AFFOA一樣去建立“學術-産業-政府”三方合作。”

　　除了商業應用，Fink說，美國國防部作為AFFOA的主要支持者，也正在探索柔性硬件面料在工作制服上的應用。

　　研究人員還提到，除了通信領域外，這些纖維在生物醫學領域也有重要的應用價值。例如，制造可測量脈搏或血氧水平的腕帶或是持續監測傷口愈合過程的繃帶。