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香港理工大学陶肖明教授课题组综述:智能纺织集成可穿戴微电子系统的研究进展
2019-07-10 来源:中国流变网    点击次数:56次    

  智能纺织技术是过去二十年发展起来的一门新兴前沿技术,是化学、物理学、材料工程、电子工程、光电工程和纺织工程等多学科交叉、渗透、融合而成的结果。研究对象为具有传感、伺服、通讯、记忆、自适应、自修复、自供能量和学习等功能的纤维及其集合体器件,可按程序感知外部激励并作出响应。智能纺织与微电子集成而成的可穿戴系统有很多特点,如柔性 、大变形 、轻盈 、大面积 、时尚 、舒适、不影响人或机器的活动与功能,容易维护保养、可实时在线长期使用等等。既是具有颠覆性的科技,也是近年世界科研的热点之一。在机器人人机界面、大面积光电子器件和系统、交通运输、安全保护、智能物联网、智能城市、医疗保健、可穿戴器件和系统等工程领域具有较大优势。同时可采用安全绿色的功能材料,用成熟的机器设备和加工工艺在常温或较低温度和非真空条件下规模生产。

  香港理工大学智能可穿戴研究中心陶肖明教授研究团队多年来深耕于智能纺织可穿戴科学与技术的研究与应用,在这一领域进行了许多开创性的工作。最近陶肖明团队在Advanced Materials期刊上应邀发表了题为“Smart Textile Integrated Microelectronic Systems for Wearable Applications”的综述文章。2014年,该团队在同一期刊应邀发表题为“Fiber-based wearable electronics: a review of materials, fabrication, devices and applications“的综述文章。今年这篇综述文章总结了自2014年以来最近五年智能纺织集成可穿戴领域研究的新进展。包括材料、器件制备、系统集成、应用场景以及体系安全性的考量,为这一领域未来的研究提供了系统的参考。

图 1 人体表面的智能可穿戴系统载体。

  与2014年的综述不同的是,本文更侧重智能纺织集成的可穿戴系统和形成智能纺织可穿戴系统的多个途径。通过在微米级纤维的表面和中间建有纳米或亚微米级功能器件结构、或在纤维集合体(如纱线、织物等)内部或表面建筑同样尺度功能器件结构、或将微电子芯片或MENS器件或纤维基器件与纤维集合体以非同质器件集成技术组成超级智能器件/系统。

  这五年来,世界范围内的许多研究团体设计与发展了多种多样基于纺织结构的传感器、驱动器、能量转换与存储体系,并通过不断的结构优化,使这些功能器件的性能得到了不断提升。相对于智能织物领域的其他综述文章,本篇综述在涵盖了传感器、驱动器、显示器、能量转换和储存器件这些倍受科研人员关注的方面的同时,也采用了大量篇幅关注智能纺织可穿戴系统的工业应用的相关内容。例如第三章中,作者用了三个小节分别介绍了织物基天线、线路板与存储器件。虽然这些功能元件的学术研究在目前热度并不高,但它们对于织物基集成微电子系统的构建至关重要。在第五章中,作者除了系统描述了智能织物对于人类的可穿戴应用外,也介绍了多种非人类体系的应用场景,包括太阳能建筑顶棚、大坝质量监控以及管道流量检测等。此外,作者在第六章中系统讨论了智能织物带来的材料安全与信息安全的问题,也提出了一些可能的解决方案。这些内容不仅对于学术界有着很高的参考价值,也对工业界有着积极的借鉴意义。

图 2 可穿戴智能织料的多种应用场景。

  本综述文章的第一作者为香港理工大学纺织服装学系的博士后史济东与博士生刘苏,通讯作者为香港理工大学纺织服装学系的陶肖明教授,共同通讯作者为香港理工大学纺织服装学系的陈韦教授与应用物理系的柴扬教授。华南理工大学与中科院苏州纳米与仿生技术研究所的研究人员也参与了本综述文章的撰写。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901958

 
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