電子紡織品
關注創建者：果凍啊 創建時間：2019-01-14
電子紡織品的實例教程
電子紡織品(E-textiles)和柔性可穿戴電子作為一種新興技術越來越受到人們的廣泛關注，它可能會徹底改變我們未來的生活。目前，已經有各種功能性電子器件如晶體管、壓力傳感器等可集成在纖維/織物中，用于健康/運動監測、個人熱管理等。其中一個不可回避的問題就是如何在不犧牲電子紡織品的舒適性、柔性和透氣性的條件下，為這些電子元件提供可持續的能源供應。因此有必要針對目前可穿戴智能設備供能時間短及不可變形的兩個缺點，開發集成可編織發電纖維和高能量密度柔性電容器纖維的自充電供能系統。
近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所蒲雄研究員、胡衛國研究員與王中林院士研究團隊在自充電織物領域取得新進展，相關研究發表在《Advanced functional materials》上，文中報道了一種基于紗線的能量采集摩擦納米發電機(Triboelectric Nanogenerators,TENG)和基于儲能紗線的非對稱超級電容器(Yarn-type Asymmetric Supercapacitors,Y-ASC)交織而成的自充電織物。非對稱電容器纖維具有可觀的柔性，可以直接編織到普通衣物中。此外，發電機紗線可編織成普通面料，具有比較理想的時尚設計，并且可以從人體日常運動中收集機械能得到高的輸出(60 V的開路電壓和3 μA的短路電流)。該集成式自充電動力紡織品可以在不需要其他電源充電的情況下驅動電子表工作，在電子紡織品和可穿戴電子產品領域具有十分廣闊的應用前景。
圖文速遞
圖1.用于能量收集的TENG紗線的輸出性能及工作機理。
a)鍍鎳/銅導電紗線在外殼包覆F-PDMS層用于編織TENG織物的示意圖。插圖為紗線的截面掃描電鏡圖像和EDS元素分布。b)經化學修飾后表面含氟基團的聚二甲基硅氧烷（F-PDMS）的示意圖。
展開 在柔性、功能化、智能化的自供電電子紡織品中有很大的應用潛力。該成果以 “Fiber-shaped Triboiontronic Electrochemical Transistor”為題發表在Research上 (Research, 2021, 9840918)。
通過摩擦電納米發電機（TENG）可以很容易地獲取接觸起電誘導的摩擦電勢，這為調節半導體器件的電子輸運特性提供了一種有效的方法。在機械行為衍生的多功能應用方向發展出了：邏輯器件、多功能傳感器件、摩擦電子存儲器、智能柔性/可穿戴傳感器、觸覺傳感人工突觸和機械塑性神經形態器件等。聚合物電解質、離子液體和離子凝膠等作為柵極絕緣體材料，可以實現在較低柵極電壓下對短溝道效應的抑制，并有效降低器件功耗。通過在電解質/半導體界面上形成的雙電層（EDL），形成了極強的界面電場實現對半導體器件的高效調控。離子凝膠已經在基于MoS2的摩擦離-電學晶體管中得到了成功的驗證，顯示出優異的電學性能，包括7個數量級的電流開關比，摩擦調制閾值?75 μm、 摩擦亞閾值擺幅?20?μm/dec。
與雙電層晶體管不同，有機電化學晶體管（OECT）可以更有效地利用離子注入，離子可以穿透半導體層，使得整個溝道中摻雜狀態的改變。到目前為止，用于OECT的最有希望的材料之一是低帶隙導電聚合物PEDOT，它具有高導電性、環境穩定性和以PEDOT：PSS形式存在的水分散性等優勢。與傳統的電化學晶體管相比，纖維狀的OECT由于具有空氣穩定性好、驅動電壓低、與柔性襯底兼容、成本低等優點而備受關注。然而，目前主流的柔性/可穿戴纖維電子器件和基于OECT的器件通常都是由電信號調制的，外部環境與電子器件之間缺乏直接的相互作用。此外，實現智能電子紡織品的一個關鍵步驟是使功能部件的制造過程與紡織品生產工藝兼容。
展開 研究人員基于此方案，使用纖維編織了一些電子組件，其可靠性和耐用性得到了整體提高。最后，他們還使用導電粘合劑和激光焊接技術將多個光纖組件連接在了一起。
結合這些技術，研究人員最終通過現有成熟的、可擴展的紡織品制造工藝將多種功能模塊整合到一塊大尺寸的智能織物上。
由此技術制造的智能織物可以用作顯示器、監控各種輸入或存儲能量以備后用。該織物可以檢測射頻、觸摸、光線和溫度信號。它也可以卷起來，因為它是使用現有成熟紡織工藝制造的。可以想象，未來我們可以用這種方式制造大尺寸可卷起的功能性織物。
研究人員表示，他們的這種織物顯示器原型為下一代電子紡織品應用鋪平了道路，應用領域包括可以產生和儲存自身能源的智能和節能建筑、物聯網 (IoT)、分布式傳感器網絡和交互式顯示器等領域。
“我們的這種方法建立在微納米技術、顯示器、傳感器、能源技術和現有紡織制造工藝的融合之上，”劍橋大學工程系與Luigi Occhipinti博士以及Manish Chhowalla教授共同領導這項研究的Jong min Kim教授說道，“這是我們朝著在日常應用中充分利用可持續、便捷電子纖維和電子紡織品方向邁出的重要一步，而且這也僅僅是個開始。”
“通過集成基于光纖的電子、光子、傳感和能源功能，我們可以設計和制造出全新類別的智能設備和系統，”同樣來自劍橋大學工程系的Occhipinti博士說，“通過釋放紡織品制造的全部潛力，我們很快就會看到自供電物聯網設備無縫集成到日常物品和許多其他行業應用中。”
目前，這些研究人員正在與歐洲的一些合作者展開合作，以期望將該技術用到人們日常接觸的生活物品上。另外，他們還有一個研究方向——將一些可持續材料整合為纖維，進而提供一種新型能源紡織系統。
展開 進入 20 世紀 60、70 年代，紡織品阻燃技術發展很快，各個國家開始制定各種防火法規及阻燃性能評價標準。目前的紡織品阻燃發展方向主要在以下幾個方面：1、開發新型阻燃劑，解決阻燃劑的毒性、耐久性、特效性及甲醛等問題；2、研究紡織纖維的燃燒性能和阻燃理論；3、完善紡織品阻燃性能測試方法；4、制定和完善紡織品的阻燃法規和標準.
燃燒過程需要可燃物、熱和氧氣三個要素，因此阻燃可以從這三個方面著手，現在的研究認為阻燃機理主要有以下幾種：1、覆蓋層作用，在纖維表面形成覆蓋層隔絕氧氣并阻止可燃氣體的擴散；2、氣體稀釋作用，阻燃劑吸熱分解，放出氮氣、二氧化碳、氨、二氧化硫等稀釋空氣中的氧氣及可燃氣體，產生的氣體還有散熱降溫的作用；3、吸熱作用，某些阻燃劑在高溫下發生相變或脫水、脫鹵化氫等吸熱分解反應，降低聚合物表面和燃燒區域的溫度，從而減慢高聚物的熱分解速度來起到阻燃作用；4、熔滴作用，滌綸的阻燃大多以此方式實現，在阻燃劑作用下纖維材料發生解聚，熔融溫度降低，纖維在裂解之前軟化、收縮、熔融滴落，大部分熱量被帶走，從而中斷燃燒過程；5、終止自由基鏈反應，氣相阻燃劑的作用主要是將高能量的自由基 HO·和 H·轉化成穩定的自由基，抑制燃燒過程的進行，達到阻燃目的。
阻燃劑按化合物的類型來分主要有無機阻燃劑和有機阻燃劑兩大類。無機阻燃劑是一種無鹵阻燃劑，具有安全性高、抑煙、無毒、價廉等優點，主要包括無機水和金屬化合物、硅系阻燃劑、無機磷系阻燃劑和可膨脹石墨等；有機阻燃主要包括鹵素（氯系、溴系）阻燃劑、磷系阻燃劑，該類阻燃劑因阻燃元素不同而具有不同的特性。但鹵系阻燃劑在燃燒過程中會產生 HBr、HCl 等刺激氣體，歐盟已停止使用。
展開 防螨紡織品
具有防螨抗菌效能的紡織品不僅可以抑螨、驅螨，有效防止與塵螨有關疾病的發生，還可以抗菌、抑制細菌的繁殖，進而達到改善生活環境的目的。基于紡織品的應用場合及螨蟲生存條件，目前紡織品的防螨措施一般包括化學防螨、物理防螨以及天然纖維防螨。
化學防螨
化學防螨是利用化學方法殺死、驅避螨蟲，其使用的化學防螨劑包括殺螨劑和驅螨劑。殺螨劑機制是以破壞螨蟲的神經功能、表皮、生長、發育和繁殖以達到殺螨的目的；驅螨劑是在味覺、嗅覺以及信息素的作用下，阻止螨蟲接近或抑制其繁殖。
后整理法是一種較早的防螨紡織品常規處理技術，實施方法有噴淋、浸軋、涂層等。該技術生產工序簡單且使用范圍廣，缺點是耐久性不佳，防螨性能隨著使用和洗滌減弱。當前研究采用微膠囊技術、黏合技術、交聯技術等新工藝，使防螨整理劑能在纖維表面形成一層彈性膜，可提高防螨織物的性能并具有較好的耐久性。
近年來，防螨功能性纖維的應用取得了較大進展。目前，比較常用的防螨功能性纖維制造方法主要有兩種：在聚合物聚合過程中添加防螨整理劑然后進行紡絲，或在聚合物紡絲過程中施加防螨整理劑，如日本鐘紡公司以腈綸纖維為基材，在其處于凝膠狀態時涂以防螨整理劑，使防螨整理劑滲入纖維表層之下，提高了防螨效果。此外，采用接枝技術將抗菌防螨基團接枝到纖維的反應基上等方法也可以制成防螨纖維。
物理防螨
按照過濾理論，濾材中的纖維越細，比表面積越大，孔徑越小，過濾精度和濾效越好，因此，通過提高織物密度可阻止螨蟲或其他過敏源的入侵進而達到防螨目的。如日本東麗公司防螨被褥“克利尼克”高密度面料，其防螨率達到90%；此外，美國杜邦公司生產的非織造布“特衛強”以及德國科德寶公司的超細纖維布“依沃瓏”均為這類產品。物理防螨方法可以避免或減少化學試劑的使用，且防螨效果持久。
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4月16日消息，鎮江潤晶高純化工科技股份有限公司（以下簡稱“潤晶科技”）與住友化學株式會社（以下簡稱“住友化學”）就全資收購該集團旗下的住化電子材料科技 (合肥) 有限公司（以下簡稱“合肥住化”）、住化電子材料科技 (重慶) 有限公司（以下簡稱“重慶住化”）兩家公司一事達成一致，并且雙方已經完成股權轉讓合同的簽署。在滿足股權轉讓合同上的相關條件后，合肥住化和重慶住化將成為潤晶科技的全資子公司。
來源 | Nano Energy
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背景介紹
戶外活動對人體健康至關重要，給人類的身心帶來諸多益處。一般來說，戶外運動愛好者在進行長期徒步旅行或其他體育活動時需要注意各種天氣問題(如雪、雨和風)。極端天氣條件很容易導致身體不適，體溫下降等問題。由于大多數電子可穿戴設備是由傳統電池供電的，它們不具有可持續性，并且不方便在戶外充電/維護。開發具有自供電傳感器的戶外可穿戴設備對于解決廢棄電池的不可持續性和潛在的環境污染問題非常重要
來源 | ACS Nano
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背景介紹
隨著化石燃料燃燒產生的溫室氣體迅速增加，近年來，全球極端天氣越來越頻繁。惡劣的天氣會影響人體的熱舒適性，導致中暑、皮膚損傷，甚至死亡。雖然已開發出各種主動熱管理系統，如空調等能源密集型產品，但其不方便便攜式使用。因此，開發被動式高性能熱管理紡織品尤為重要，它既能提高個人的熱舒適度
濕紡絲制造路線具有高度可擴展性，每個噴嘴的紡絲速度可能達到每小時數公里，這為大規模應用于聚合物基質中的填料或柔性電子或紡織品中的獨立結構提供了可能性。針對這些應用，Li等人展示了一種由熔融石墨烯纖維制成的柔性多孔無紡布，其面內導熱系數為301.5 W/(mK)，密度為0.22 g/cm3，如圖8所示。
3.5 個人熱管理
隨著人們越來越注重熱舒適性，可穿戴電子設備及智能紡織品的出現催生了個人熱管理技術的發展。該技術聚焦于將個人體溫調節功能融入日常服裝設計中。將輻射制冷技術理念中對人體紅外波段的輻射或太陽輻射的調控與個人熱管理技術相融合，衍生出了多樣的可穿戴織物，一般包括以下幾類:
1)靜態織物。該類織物可通過添加納米金屬顆粒層或多層纖維結構實現對不同波段輻射的調控。
研究人員表示，他們的這種織物顯示器原型為下一代電子紡織品應用鋪平了道路，應用領域包括可以產生和儲存自身能源的智能和節能建筑、物聯網 (IoT)、分布式傳感器網絡和交互式顯示器等領域。
汗液蒸發對人體散熱起著不可或缺的作用。然而，傳統紡織品往往側重于排汗，而很少關注汗液的基本體溫調節功能，在中度/大量出汗情況下僅表現出有限的蒸發能力和冷卻效率。 近日，美國斯坦福大學崔屹教授提出了一種具有獨特功能結構設計的集成冷卻 (i-Cool) 紡織品，用于個人排汗管理。i-Cool 將導熱通道和水傳輸通道巧妙地結合在一起，不僅具有液體排汗功能，還具有增強的蒸發能力和高汗液蒸發冷卻效率。在穩態
印刷電路板(PCB)，是集成電子產品的基石，但世界正在轉向尋找將集成電子電路與紡織品相結合的新方法，以制造柔韌、可穿戴的設備。
在此，來自重慶大學、美國麻省理工學院、中國科學院重慶綠色智能技術研究院等單位的研究者，報道了一種非印刷集成電路紡織品(NIT)作為PCB的替代，通過編織方法用于生物醫學和醫療應用。
——以下內容摘自《半導體材料系列報告：國產化排頭兵，濕電子化學品未來可期》，已上傳【半導體產業研究】知識星球，成員可登錄星球搜索關鍵詞下載（文末查看如何成為星球成員）。
（一）濕電子化學品簡介
濕電子化學品，又稱超凈高純試劑或工藝化學品，是指主體成分純度大于 99.99%，雜質離子和微粒數符合嚴格要求的化學試劑，是重要的晶圓制造材料之一，2020 年市場規模占比 4%。主要以上游硫酸、鹽酸
