Электронный текстиль методом струйной печати — Цифровой текстиль, журнал, технологии, рынок
Исследователи из Университета штата Северная Каролина достигли успешных результатов в своём новом исследовании по печати электропроводящими чернилами на полиэфирной ткани для создания электронного текстиля, который можно будет использовать в дизайне будущих носимых устройств.
Поскольку этот метод печати может выполняться при комнатной температуре и нормальных атмосферных условиях, исследователи считают, что струйная печать может предложить более простой и эффективный метод производства электронного текстиля. Кроме того, исследователи заявили, что результаты показывают, что они могут распространить методы, распространенные в индустрии гибкой электроники, на текстильное производство. Они сообщили о своих выводах в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
«Струйная печать — это быстро развивающаяся новая технология, которая используется в гибкой электронике для изготовления пленок, используемых в дисплеях мобильных телефонов и других устройствах», — пишет соавтор исследования Джесси С.
В ходе исследования исследователи описали, как они использовали струйный принтер FUJIFILM Dimatix для создания прочного и гибкого материала для электронного текстиля. Часть их задачи заключалась в том, чтобы найти правильный состав материалов, чтобы жидкие чернила не просачивались через пористую поверхность текстильных материалов и не теряли способность проводить электричество.
«Печать электронного текстиля была большой проблемой для индустрии, — говорит соавтор исследования Инхван Ким, аспирант Северо-Каролинского Университета. — Мы хотели добиться возможности создания многослойной структуры, чего нельзя было сделать на текстильном слое с помощью обычной струйной печати. Нам было нелегко найти правильный состав материалов».
В итоге они создали свой вариант электронного текстиля, напечатав слои электропроводящих серебряных чернил, как сэндвич между двумя слоями жидких материалов, которые действовали как изоляторы, поверх полиэфирной ткани.
«Мы смогли нанести чернила на ткань из многослойного материала, который является одновременно прочным и гибким», — отмечает Ким. — Прелесть в том, что мы всё сделали на струйном принтере — мы не использовали ламинацию или другие методики».
После того, как они напечатали слои серебряных чернил и изоляционных материалов из уретан-акрилата и поли(4-винилфенола), они изучали поверхность материала с помощью микроскопа.
«Нам нужен был прочный изоляционный слой посередине, но мы хотели, чтобы он был как можно тоньше, чтобы вся конструкция была как можно более тонкой, а электрические характеристики были как можно более высокими», — говорит Ким. — Если они будут слишком громоздкими, люди не захотят их носить».
Исследователи оценили электрические характеристики электронного текстиля после многократного сгибания материала, протестировав более 100 циклов сгибания и обнаружили, что электронный текстиль не потерял своих электрических характеристик.
В будущей работе они хотят улучшить характеристики материалов, а также повысить воздухопроницаемость материала. В конечном итоге они хотят использовать метод печати для создания текстиля, который можно было бы использовать в носимой электронике, такой как биомедицинские устройства, или использовать в качестве батареи для хранения энергии для электронных устройств.
# инновации
Технология создания «нагревательных нитей» от «АрктикТекс» внедрена в российское производство
ФИОП 13 мая 2022 16:17Стартап «АрктикТекс» Северо-Западного наноцентра Фонда инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) в кооперации с российским производителем греющей полимерной продукции «Ампертекс» разработали и внедрили в производство технологию создания электропроводящих нитей методом экструзии.
Традиционный способ производства греющих изделий предполагает вплетение в ткань металлизированных нитей или углеродных волокон.
При этом металлизированная основа увеличивает вес и имеет высокую стоимость, а углеродные волокна хрупкие и легко деформируются. «Нагревательные нити» из полимерных нанокомпозитов такими недостатками не «страдают». Они сохраняют эластичность материала, имеют низкий удельный вес и сокращают себестоимость производства.
Разработка технологии создания электропроводящих нитей методом экструзии осуществлялась по заказу российской компании «Ампертекс». Инженеры стартапа разработали рецептуру состава «нагревательной нити», благодаря которому волокна приобретают требуемые свойства, а затем масштабировали технологию для промышленного внедрения. «Нагревательные нити» из полимерных нанокомпозитов будут применяться при изготовлении электропроводящих тканей и сеток компании на новой производственной площадке, которая открылась в Калининграде в конце апреля 2022 года. Технологическая кооперация российского производителя греющей полимерной продукции и стартапа Северо-Западного наноцентра ФИОП дала возможность «Ампертекс» создать производство полного цикла: от изготовления нитей, до выпуска готовых греющих композитных тканей и элементов.
Материалы, созданные с применением композитных нитей, могут использоваться для создания систем обогрева любых поверхностей: от обогрева дорожных покрытий и детских площадок до элементов конструкций, работающих в экстремально низких температурах.
Общемировой рынок электронного текстиля к 2031 году превысит $1,3 млрд. В общем объеме наибольший сегмент материалов – электропроводящие нити и ткани, и их доля растет: если в 2019 – она составляла 79%, то в 2021 – уже 82%.
***
Деятельность Северо-Западного наноцентра направлена на коммерциализацию технологий в области наноиндустрии. Портфель компаний СЗЦТТ насчитывает более 40 технологических стартапов, среди которых 3 работают в области инновационных текстильных материалов: «АрктикТекс», «ТехЭкра», «Текстиль и Техника».
Компания «Ампертекс» — разработчик и производитель нагревательной электропроводящей нити с использованием нанодобавок и тканей на основе полимерных композитов.
Фонд инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) – один из федеральных институтов развития. Фонд первым в России начал работать в deeptech секторе по венчуростроительной модели и создал с нуля 900 стартапов. Фонд придерживается экосистемного подхода при выходе в новые технологии и рынки
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
Как используются проводящие ткани?
Все мы слышали о хлопчатобумажных, шерстяных и шелковых тканях, а благодаря технологическим достижениям мы также узнали о материалах, устойчивых к влаге, плесени и ультрафиолетовым лучам. Но знаете ли вы, что такое проводящие ткани и как они используются?
Давайте кратко рассмотрим проводящие ткани, что они из себя представляют, как работают и как их лучше всего использовать.
Проводящие ткани представляют собой материалы, которые изготовлены из проводящих металлов, покрытых ими или смешанных с ними, включая, помимо прочего, золото, углерод, титан, никель, серебро или медь. Основные тканевые материалы включают хлопок, шерсть, полиэстер и нейлон.
По данным Совета производителей проводящих волокон, существуют две основные категории проводящих волокон. К первой категории относятся «внутренне проводящие волокна и проводящие полимеры, которые составляют наибольшую часть отрасли, причем наибольшую часть составляет углеродное волокно». с электропроводящим элементом, часто углеродом, никелем, медью, золотом, серебром или титаном».
Проводящая ткань Использование
Проводящие волокна используются в различных продуктах, начиная от металлической сетки, аэрокосмического текстиля, жилетов для электрошокеров или электрошокеров, проводящих нитей или пряжи, тканевых листов, используемых для теплового нагрева, и т. д. Проводящие ткани также можно использовать для проведения электричества в небольших помещениях, для рассеивания статического электричества, защиты от электромагнитных помех, передачи сигналов и энергии в версиях с низким сопротивлением и в нагревательных элементах в версиях с более высоким сопротивлением, в медицинском оборудовании, таком как электроды, и во многом другом.
Одним из основных продуктов из токопроводящей ткани является ARACON, фирменное волокно с металлическим покрытием от Micro-Coax. Волокна ARACON построены на модифицированной основе KEVLAR® и обеспечивают хорошую термическую и размерную стабильность при очень высокой прочности пряжи.
Проводящие волокна могут быть сотканы, связаны, сшиты, разрезаны или сплетены. Это большое преимущество для производителей, которые могут использовать проводящие волокна из-за их гибкости, малого веса и универсальности.
Будущее токопроводящих тканей
Токопроводящие ткани появились в индустрии специальных тканей относительно недавно, несмотря на то, что Томас Эдисон использовал карбонизированную швейную нить в своей лампочке. Благодаря современным технологическим достижениям возможности использования проводящих волокон значительно расширились. Инженеры и производители разрабатывают продукты, которые можно носить для занятий спортом и даже использовать в новом типе нейропротезов — точном картировании реакций различных областей/областей головного или спинного мозга.
На самом деле, к 2025 году более 25 миллиардов долларов будет потрачено на рецептуры и передовые ткани для носимых технологий, согласно отчету «Материалы для носимых технологий 2015-2025», опубликованному аналитиками IDTechEx. Индустрия электронного текстиля или электронных тканей (также известных как проводящие ткани) растет, и мы, вероятно, увидим успехи в фитнесе, здравоохранении и медицине. Кроме того, проводящие ткани используются в электронной промышленности для изготовления изделий меньшего размера — электронные ткани гораздо более гибкие, чем стандартная металлическая проволока, что упрощает создание электроники меньшего размера.
Чтобы узнать больше о проводящих тканях, посетите Совет производителей проводящих волокон — международный ресурс по развитию торговли и бизнеса — по адресу http://cfibermfg.com.
Тем временем вы всегда можете обратиться к местному производителю или по номеру Herculite Products , чтобы узнать об их марке токопроводящих тканей Lectrolite® и узнать, как вы можете начать использовать токопроводящие ткани уже сегодня.
Помните, что вы можете использовать проводящие ткани, чтобы помочь контролировать статическое электричество, обеспечить проводимость в небольших помещениях, где толстая металлическая проволока или листы просто не подходят. Проводящие ткани имеют множество применений в производстве специальных тканей. Такие производители, как Herculite Inc., разрабатывают на заказ специальные продукты, такие как проводящие ткани. Посетите сайт Herculite на сайте www.herculite.com для получения дополнительной информации.
Проводящие ткани: типы, свойства и применение
Проводящие ткани:Текстильные конструкции, которые могут проводить электричество, называются проводящими тканями. Это может быть сделано либо с использованием проводящих волокон, либо путем нанесения проводящих слоев на непроводящий текстиль.
Проводящая ткань может проводить электричество и состоит из металлических нитей, вплетенных в структуру ткани. Он может подавлять статический заряд, образующийся на ткани, чтобы избежать неприятных ощущений и поражения электрическим током.
Методы производства токопроводящих тканей можно обобщить следующим образом:
- Добавление углерода или металлов в различных формах, таких как проволока, волокна или частицы.
- Использование изначально проводящих полимеров.
- Покрытие проводящими веществами.
Типы проводящего текстиля:
Как правило, четыре вида проводящего текстиля:
- Антистатический текстиль
- ЭМ экранирующий текстиль
- Электронный текстиль
- Функциональные покрытия
1. Антистатические ткани:
Статическое электричество может накапливаться на поверхности предметов. Что может быть вызвано многими проблемами для текстильных материалов, производства и обращения с продуктом. В сухом текстильном процессе волокна и ткани могут создавать электростатические заряды из-за трения. Когда волокна и ткани движутся с высокой скоростью по различным поверхностям (таким как: конвейерные ленты, транспортные ленты, приводные шнуры и т.
2. ЭМ-экранирование:
Электромагнитное экранирование (ЭМ) — это процесс ограничения распространения электромагнитных полей в пространстве. В этом процессе используется электрически или магнитопроводящий барьер. Экранирование является общепринятым методом защиты электрооборудования и людей от излучающих электромагнитных полей. Этот барьер может быть жестким или гибким. При прохождении электромагнитного луча через объект электромагнитный пучок взаимодействует с молекулами объекта, и это взаимодействие может происходить в виде поглощения, отражения, поляризации, преломления, дифракции через объект.
ЭМ защитные текстильные материалы также могут быть представлены в виде тканых, трикотажных и нетканых материалов. Основными компонентами этих тканей являются волокна и пряжа. Для достижения эффективного экранирования эти волокна должны быть электропроводными. Проводящие нити могут быть изготовлены путем смешивания проводящих волокон с обычными штапельными волокнами, скручивания вместе проводящих или изоляционных нитей. Например, проводящая металлическая пряжа (например, серебро, медь и т. д.) может быть обернута изоляционными текстильными материалами для создания гибридных нитей. Которые могут быть интегрированы в тканые или вязаные конструкции. Гибридные нити или металлическое волокно могут быть интегрированы в эти конструкции в качестве основы. Эффективность электромагнитного экранирования ткани снижалась с увеличением степени открытости ткани.
3. E-textiles:
Электропроводящие волокна и пряжа вызывают большой интерес из-за их отличительных характеристик, включая разумную электрическую проводимость, гибкость, электростатический разряд и защиту от электромагнитных помех.
Проводящие текстильные волокна являются основным компонентом носимых смарт-текстилей , представленных, в частности, для различных приложений, таких как датчики, защита от электромагнитных помех, электростатический разряд и передача данных в одежде. Поэтому потребность в электропроводящих волокнах и пряжах постоянно растет. Разработка новых проводящих волокон приобретает решающее значение с технологическим усовершенствованием носимой электроники, такой как носимые дисплеи, солнечные элементы, приводы, устройства управления данными и биомедицинские датчики. Электронный текстиль играет решающую роль в выборе электропроводности умный текстиль электроника. Текстильные приложения, такие как освещение, требуют значительного тока, и предпочтительны низкоомные волокна. С другой стороны, для некоторых измерительных или нагревательных приложений лучше подойдет более низкая проводимость. Поэтому для этого требуются волокна с более низкой электропроводностью. Для электронного текстиля нужны гибкие и механически стабильные проводящие материалы, чтобы обеспечить электронные возможности в одежде.
4. Функциональные покрытия:
Во многих случаях функциональное покрытие представляет собой интерфейсы материалов и поверхности, которые обеспечивают более выгодную функциональность по сравнению с присущими им объемными характеристиками. Следовательно, покрытия представляют собой универсальный метод модификации текстиля с проводящими свойствами. Впоследствии текстильное полотно выступает в качестве несущей конструкции или несущего материала для проводящей отделки. Обычные методы, такие как покрытие погружением или покрытие валиком, обычно используются для нанесения объемных покрытий в форме пропитки или ламинирования, которые покрывают всю «поверхность» текстиля. Однако, как будет представлено здесь, появление нанотехнологий в текстильных исследованиях, разработка новых технологических процессов и совершенствование составов красок и покрытий дает возможность наносить покрытия на все более тонкие структуры.
Свойства проводящего текстиля:
Физические свойства:
- Малый вес,
- Высокая прочность,
- Гибкость,
- Прочность,
- Эластичность,
- Теплоизоляция,
- Водопоглощение,
- Возможность окрашивания,
- Драпировка,
- Мягкая ручка,
- Способность к стирке и т.
д.
д.Электрические свойства:
| Электрические свойства | Варианты пряжи | ||||
| CY1 | CY2 | CY3 | CY4 | CY5 | |
| Электрическое сопротивление, [кОм] | 36.384 | 563,4 | 75,5 | 0,2682 | 0,1422 |
| Диаметр пряжи, [мм] | 0,8352 | 0,2645 | 0,3897 | 0,5845 | 0,4256 |
| Удельное электрическое сопротивление, [Ом∙м] | 0,1992 | 0,3094 | 0,0900 | 0,2365 | 0,2559 |
Примечание: В случае пряжи из штапельного волокна соответственно CY1, CY2 и CY4 и пряжи из непрерывных волокон соответственно CY3 и CY5.
Свойства при растяжении:
| Свойства при растяжении | Варианты пряжи | |||||||||
| Y1 | CY1 | Y2 | CY2 | Y3 | CY3 | Y4 | CY4 | Y5 | CY5 | |
| Прочность на разрыв, [сН] | 856 | 1002 | 318,8 | 389,8 | 1006 | 929 | 382,9 | 458,5 | 1507 | 1224 |
| Коэффициент вариации прочности, [%] | 7,04 | 8,79 | 8,34 | 9,87 | 2,24 | 4,51 | 7,72 | 9,82 | 2,01 | 3,98 |
| Удлинение при разрыве, [%] | 22,72 | 28,96 | 13 | 10,15 | 35,64 | 35,5 | 11. 01 | 7,02 | 29,25 | 55,8 |
| Прочность на разрыв, [сН/текс] | 11,57 | 2,17 | 12.31 | 4,41 | 28,77 | 7,05 | 9,70 | 2,71 | 46,19 | 7,96 |
| Коэффициент вариации прочности, [%] | 5,07 | 11,50 | 3,55 | 12,94
| 1,86 | 14,17 | 8,70 | 26,76
| 2,66 | 24.30
|
Применение проводящего текстиля:
Растущее осознание превосходной функциональности и типичного применения проводящего текстиля, включая антистатический текстиль, электромагнитное экранирование (ЭМ) и электронный текстиль для гибкой электроники, привело к все более широкому внедрению умного текстиля и связанных с ним продуктов в различных областях конечного использования. отрасли.
Растущая осведомленность о функциональных возможностях и преимуществах применения проводящего текстиля в смарт-текстиле во всем мире повысила спрос.
Основные области применения проводящего текстиля:
- Армия и оборона
- Здравоохранение
- Бытовая электроника
- Спорт и фитнес
- Умная одежда
- Транспортировка электрических сигналов
- Отопление
- Защита от электромагнитных помех и электростатических разрядов
- Прочие
Некоторые приложения описаны ниже.
1. Военные и оборонные:
Текстиль для военной формы, необходимый для обеспечения повышенной прочности, безопасности и защиты в агрессивных средах, устойчивости к повреждениям, а также комфорта. Проводящие ткани легкие, гибкие, обладают высокой прочностью и превосходной проводимостью. Он обеспечивает необходимую солдату защиту от экстремальных погодных условий (таких как: жара, холод, ветер и дождь), управление потоотделением, интеграцию высокотехнологичных материалов, баллистическое воздействие, ядерные, биологические или химические угрозы и т.
д. Вот почему он быстро применяется во всем мире. сегмент обороны. Сегмент обороны является крупнейшим потребителем проводящего текстиля во всем мире. Кроме того, эти проводящие ткани также находят применение в военных парашютах, привязных ремнях, веревках и снастях для палаток.
Вам также может понравиться: Текстиль для обороны: новая возможность экспорта для Бангладеш
Рис. Токопроводящий текстиль в военных и оборонных целях2. Здравоохранение:
неклинические применения. Он предназначен для обеспечения комфорта и функциональности одновременно. Изделие из проводящего текстиля помогает врачу или медицинскому персоналу контролировать и сообщать о состоянии пациентов, поскольку оно может обнаруживать, получать и передавать физиологические сигналы.
Вам также могут понравиться: Применение умного текстиля в медицине и здравоохранении
Рис. Токопроводящий текстиль в здравоохранении 3.
Бытовая электроника:
Токопроводящий текстиль используется в таких продуктах, как смарт-часы, гарнитуры дополненной реальности , мультимедийные проигрыватели с вычислительными возможностями и умные очки. Это помогает разрабатывать небольшие, тонкие, легкие и надежные продукты.
Рис. Гарнитуры дополненной реальности4. Спорт и фитнес:
Токопроводящие ткани используются в сфере спорта и фитнеса для контроля сна, потребляемых калорий, частоты сердечных сокращений, артериального давления и т. д. Повышение осведомленности молодежи о здоровье привело к высокому спросу на токопроводящие ткани. Во многих смарт-продуктах для фитнеса частоту сердечных сокращений можно контролировать, измеряя электрические импульсы, которые мозг использует для управления сердечной мышцей. Этого можно добиться с помощью электропроводящей ткани, расположенной близко к сердцу.
Рис. Токопроводящие ткани для спорта и фитнесаЗаключение:
Проводящие ткани широко используются в интеллектуальных текстильных приложениях, таких как датчики, связь, нагревательные ткани, одежда с электростатическим разрядом и так далее.