Умный текстиль находится только в начале своего развития. Проблема до сих пор: электронные компоненты, так называемые органические полупроводниковые компоненты, нельзя воспроизводимо применять к трехмерным структурам, таким как волокна. Но теперь ученые-материаловеды из Дармштадта разработали машину, с помощью которой электронно-активные материалы могут наноситься из паровой фазы на нити.
«Теоретически воспроизводимое ротационное покрытие полупроводниковыми компонентами открывает бесчисленные возможности применения в области интеллектуального текстиля», - сообщает профессор Хайнц фон Зеггерн, заведующий кафедрой свойств электронных материалов Технического университета Дармштадта. Другими словами: вплетение электронных компонентов в одежду сделало важный шаг вперед с инженерной точки зрения.
Умный текстиль становится ближе
Материаловед Тобиас Кёнивес-Тот, который задумал создание машины в рамках совместного проекта LUMOLED Федерального министерства образования и исследований BMBF, смог наносить органические полупроводниковые компоненты на стекло из паровой фазы. волокон: «Мы выбрали специализированные органические светодиоды, так называемые OLED, потому что они предъявляют самые высокие требования к подложке. Теперь нам впервые удалось применить функциональные OLED к нити и заставить ее светиться. Применение других компонентов, таких как транзисторы или солнечные элементы, имеет другие проблемы, но покрытие менее сложное по сравнению с ним».
Одной из проблем с покрытием волокна является то, что оно должно происходить в условиях вакуума, поскольку OLED очень чувствительны к кислороду и воде. «Благодаря ротационному покрытию мы нашли способ поворачивать волокно в вакууме таким образом, чтобы оно было покрыто полностью равномерно, а затем мы могли извлечь его из вакуума без какого-либо контакта с воздухом», - объясняет Конивес-Тот. Компоненты наносятся на нить путем нагревания материалов в вакууме до их испарения. Как с водой, нагретой на печке, от которой водяной пар поднимается вверх и конденсируется на оконном стекле, так и материалы конденсируются на волокне. Всего на волокно должно быть нанесено семь слоев, некоторые из которых имеют толщину всего в несколько атомов. «Суммарно слои, нанесенные на волокно, имеют толщину около 200 нанометров - это означает, что мелкие частицы пыли в 50 раз больше, чем толщина слоя OLED». Однако электронные компоненты работают только на гладких поверхностях - даже крошечные царапины глубиной более нескольких нанометров могут привести к таким дефектам, как короткое замыкание.
Долголетия еще не хватает
«Вот почему мы использовали стекловолокно для наших первых испытаний, - говорит Кенивес-Тот, - потому что оно имеет очень гладкую поверхность. Но стеклянные волокна хрупкие и не подходят для ткачества текстиля. Поэтому компания из Дармштадта в настоящее время также испытывает стеклянные волокна, покрытые полимерами. Цель состоит в том, чтобы оснастить полимерные волокна, используемые для текстиля, органическими полупроводниковыми компонентами. Кенивес-Тот начал с волокна толщиной 1 мм. Теперь мы прошли долгий путь: «Мы уже заставили светиться волокно от 500 микрометров до 5 миллиметров, - радостно говорит Конивес-Тот, - и даже когда волокно было согнуто, OLED все равно работали».
Даже если испытания пройдут с большим успехом, до интеллектуального текстиля еще далеко. Потому что электрическая функциональность не является долговременной. До сих пор нет решения для защитного слоя, который мог бы защитить молекулы органических полупроводников от кислорода и влаги. Первые подходы к этому уже существуют, но пройдет некоторое время, прежде чем процесс будет готов для рынка. А волокна, используемые до сих пор, все еще слишком хрупкие и слишком толстые, чтобы их можно было сплести в ткани. Светящиеся волокна также еще не выдерживают механических нагрузок при переплетении нитей и ношении одежды.
Во всяком случае, дармштадтские материаловеды сейчас сначала рассматривают патентную заявку. Во всяком случае, их разработка вызвала большой интерес в текстильной промышленности, как выяснили Сеггерн и Конивес-Тот в Греции. Там они представили свой процесс в начале июля на Международном симпозиуме по гибкой органической электронике (ISFOE 13).
Предстоит еще многое сделать, но первый шаг к воспроизводимому и контролируемому производству интеллектуальных тканей уже сделан. И возможные применения практически безграничны - «единственный существующий здесь предел - это предел человеческого воображения», как выразился Кенивес-Тот.