次世代ファイバベーススマートファブリック

May, 8, 2023, Cambridge--国際研究チームが、ファイバベースの電子コンポーネントを組み込んだ統合テクスタイル電子システムを開発した。これに含まれのは､フォトダイオード(PDs)と量子ドットLED。そのような技術により、いかなるサイズ、形状でも機械織りできるスマートテクスタイルの安価な製造が可能になる。

同システムは､2Dデバイスから1Dファイバデバイスにシフトしたもので、自動車、エレクトロニクス、ファッションや建築のような分野で、広範なオプトエレクトロニックアプリケーションに適用可能になる。

2Dから1Dへ
以前は、エレクトロニクスをテクスタイルに統合しようとしていたが、これは集積回路作製に利用する同じ剛性ウエファの利用が障害になっていた。そのような従来の2D電子統合は、規模、機能、サイズに限界がある。

「スマートテクスタイルは、実用性欠如も制約となっていた。普通のファブリックが許容しなければならない曲げ、ストレッチ、折り畳みを考えると、スマートテクスタイルに同等の耐性を組み込むことが課題になっていた」とケンブリッジ大学、Luigi Occhipintiは言う。

研究チームは、直接テクスタイルに織り込めるファイバベースの機能デバイスで異なるアプローチを採用することに決めた。デバイスは、真空蒸着や溶液処理など、様々な技術を使用してファイバ形状に作製された。次に、織工程中の機械的損傷を緩和するために保護層でエンカプセルした。

スマートテクスタイルを織る
まず、主要なファイバコンポーネント、入力デバイスとしてのPD、エネルギー蓄積ツールとしてのスーパーキャパシタ、電子ドライバとしてのFET、出力デバイスとしての量子ドットLEDを開発し、その性能を最適化した。PDは、365nm UV照射でON/OFFレシオ10^4、一方LED輝度は、900 cd/㎡超。

研究チームは、次に工業用織機を使って、スマートテクスタイルを作製した。これは、プラットフォームとしてのコットン、導電糸およびファイバデバイスで構成されている。例えば、フォトセンシングテクスタイルは、8個のUV検出箇所をもつ。各PDからの生成信号は、信号コレクタに送られ、さらにディスプレイ、LEDsなどの表示器に送られる。ライトアップテクスタイルは、ピーク輝度463、482および188 cd/㎡の量子ドットLEDsからの赤、緑、青色光を放出する。これらは、それぞれ630、540、450nmエレクトロルミネセンスピーク波長である。

「このプロジェクトで開発され機能に立脚すると、次世代の真にフォームファクタフリーアプリケーションが考えられる。例えば、ビル組込自律スマートセンサシステム、インテリジェントファブリックや家具、エネルギー収集スマートカーペット、あるいはカーテン組込ディスプレイ、さらに自動車、航空機やスマート布地でE－テクスタイルアプリケーションなどである」とOcchipintiは、コメントしている。