Acc. Chem. Res.综述:可穿戴电子纺织品的设计方法

通讯作者:Tricia Breen Carmichael
通讯单位:温莎大学
佩戴在身上的电子产品可通过监测生命体征和运动、显示信息、提供自发光以确保安全,甚至通过时尚服饰为个人表达提供新途径,从而改善人类健康和生活质量。纺织品是服装日常生活的一部分,使它们成为可穿戴电子产品的理想载体。可穿戴电子纺织品的接受取决于保持纺织品的特性,使其与人体相容。
针织和机织纺织品的3D纤维结构具有柔软性、拉伸性、悬垂性和透气性等有益特性。然而,这些结构也给可穿戴电子纺织品的制造带来了相当大的挑战。用于现代电子设备的制造方法专为2D平面基板而设计,大多不适用于纺织品的复杂3D结构。因此,迫切需要开发专门用于电子纺织品的制造方法,以推进可穿戴电子产品的发展。
基于溶液的制造方法是制造可穿戴电子纺织品的一种很有前途的方法,特别是考虑到数千年来在染浴和印刷油墨中使用着色染料成功地改性纺织品。
基于此,温莎大学Tricia Breen Carmichael教授课题组Accounts of Chemical Research发表题为“Wearable E‑Textiles Using a Textile-Centric Design Approach”的综述文章。
主要围绕下面几个要点展开讨论:
要点1. 讨论了基于溶液的化学镀金属对纺织品的研究,制造作为电子纺织品设备构建块的导电电子纺织品。无电金属化解决方案完全渗透纺织品结构,在单根纺织纤维的表面沉积金属涂层,保持固有的纺织品结构和耐磨性。由此产生的电子纺织品具有高导电性、柔软性和可拉伸性。
要点2. 讨论了将纺织品的结构特征用于电子纺织品设备设计,将与纺织品结构相关的挑战转化为新机遇的方法。使用两个示例展示了这种以纺织品为中心的设计电子纺织品设备的方法。
要点3. 讨论了超薄针织纺织品的结构如何为新型电子纺织品透明导电电极形成有用的框架,并描述这些电极的实施以形成高度可拉伸的发光电子纺织品。
要点4. 展示了丝绒织物的结构特征如何构成创新的“岛桥”应变工程结构的基础,该结构能够集成脆性电活性材料并保护它们免受应变引起的损伤,从而制造出可拉伸的纺织品—基于锂离子电池的电极。
要点5. 以纺织品为中心的设计方法相关的机会,推进基于纺织品的可穿戴电子产品。这种进步取决于对纺织品结构与设备要求之间关系的深入理解,这可能会导致开发新的纺织品结构以支持特定设备。
要点6. 讨论了电子纺织品未来仍存在的挑战,包括耐用性、可持续性和性能标准的制定。
主要文献:
· Wu, Y.; Mechael, S. S.; Chen, Y.; Carmichael, T. Solution Deposition of Conformal Gold Coatings on Knitted Fabric for E-Textiles and Electroluminescent Clothing. Adv. Mater. Technol. 2018, 3, 1700292.
使用化学镀金属溶液作为“染料浴”,用金涂覆针织纺织品的单根纤维,以保持纺织品结构。由此产生的镀金纺织品具有高导电性和可拉伸性。
· Wu, Y.; Mechael, S. S.; Lerma, C.; Carmichael, R.S.; Carmichael, T. B. Stretchable Ultrasheer Fabrics as Semitransparent Electrodes for Wearable Light-Emitting E-Textiles with Changeable Display Patterns. Matter. 2020, 2, 882-895.
证明了超薄织物的开放结构形成了用于高度可拉伸的发光电子纺织品的新型电子纺织品透明导电电极的框架。
· Wu, Y.; Mechael, S. S.; Chen, Y.; Carmichael, T. Velour Fabric as an Island-Bridge Architectural Design for Stretchable Textile-Based Lithium-Ion Battery Electrodes. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 51679- 51687.
使用丝绒织物的框架作为“岛桥”应变工程结构,以保护易碎的电活性材料免受可拉伸纺织锂离子电池电极的损坏。
链接:
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00433
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