Wissenschaftler entwickeln eine kostengünstigere und nachhaltigere Methode zur Herstellung intelligenter Stoffe

CAMBRIDGE, Vereinigtes Königreich — Laut Forschern gibt es eine neue Möglichkeit, nachhaltige und erschwingliche „intelligente“ Stoffe herzustellen, die sich an ihre Umgebung anpassen. Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Cambridge kombinierte elektronische, optoelektronische, sensorische und Energiefaserkomponenten, um intelligente Stoffe zu entwickeln, die ihre äußere Umgebung wahrnehmen und darauf reagieren können.

Sie entwickelten diese Materialien mithilfe vorhandener Webstuhltechniken für die Bekleidungsproduktion und reduzierten so die Kosten für die Herstellung intelligenter Stoffe erheblich. Die Autoren der Studie glauben, dass ihre Forschung zeigt, wie intelligente Textilien in verschiedenen Branchen, darunter Automobil, Elektronik, Mode und Bauwesen, als kostengünstige Alternative dienen könnten.

Bisher waren Funktionalität, Abmessungen und Formen intelligenter Textilien aufgrund teurer Herstellungsprozesse, die erhebliche Investitionen erfordern, erheblich eingeschränkt. Obwohl das Forschungsteam zuvor gezeigt hat, dass große gewebte Displays mit speziellen manuellen Laborgeräten hergestellt werden können, erfordern andere intelligente Textilien mikroelektronische Fertigungsanlagen, die kostspielig sind und viel Abfall erzeugen.

Die Forscher fanden jedoch heraus, dass flexible Displays und intelligente Stoffe kostengünstiger hergestellt werden könnten, wenn elektronische, optoelektronische, sensorische und Energiefaserkomponenten auf denselben Industriewebstühlen gewebt würden, die auch für die Herstellung herkömmlicher Textilien verwendet werden.

Die Studie zeigt, dass Fasern, die in intelligenten Textilien verwendet werden, mit Materialien beschichtet würden, die einer Dehnung standhalten, sie in traditionellen Herstellungstechniken verwendet werden könnten.

„Wir könnten diese Textilien in spezialisierten Mikroelektronikanlagen herstellen, aber dafür sind Investitionen in Milliardenhöhe erforderlich. Darüber hinaus ist die Herstellung intelligenter Textilien auf diese Weise sehr begrenzt, da alles auf denselben starren Wafern hergestellt werden muss, die auch für die Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet werden.“ Die maximale Größe, die wir erreichen können, beträgt also etwa 30 Zentimeter im Durchmesser“, erklärt Dr. Sanghyo Lee, der Erstautor der Studie vom Department of Engineering in Cambridge, in einer Universitätsmitteilung.

Die Forscher stellten mehrere Arten von Fasergeräten her, darunter Energiespeicher, Leuchtdioden und Transistoren, und kombinierten sie mit herkömmlichen synthetischen oder natürlichen Fasern, um durch automatisiertes Weben intelligente Textilien herzustellen. Diese Fasergeräte wurden durch ein automatisiertes Laserschweißverfahren unter Verwendung eines „elektrisch leitfähigen Klebstoffs“ miteinander verbunden. Alle Prozesse wurden optimiert, um Schäden an elektronischen Komponenten zu minimieren und die intelligenten Textilien langlebig genug zu machen, um der Dehnung einer industriellen Webmaschine standzuhalten.

„Die Integration der gleichen Haltbarkeit wie normale Stoffe in intelligente Textilien war aufgrund ihrer mangelnden Praktikabilität eine Herausforderung“, fügt Co-Autor Dr. Luigi Occhipinti, ebenfalls von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, hinzu.

Das Forschungsteam arbeitete mit Textilherstellern zusammen, um Testpflaster aus intelligenten Textilien mit einer Größe von etwa 50 cm x 50 cm herzustellen. Sie glauben jedoch, dass dies auf größere Dimensionen ausgeweitet und in größeren Mengen produziert werden könnte.

„Wenn wir die intelligenten Fasern in den Prozess einbringen, entsteht im Grunde ein elektronisches System, das genau so hergestellt wird, wie andere Textilien hergestellt werden“, erklärt Dr. Lee.

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass eine weitere Optimierung ihrer Methoden zwar notwendig ist, sie aber gezeigt haben, wie es möglich sein könnte, große, flexible Displays und Monitore auf industriellen Webstühlen zu erstellen, wodurch ihre Herstellung weitaus kostengünstiger wird.

„Unser Ansatz ist ziemlich einzigartig. Die Flexibilität dieser Textilien ist erstaunlich, nicht nur im Hinblick auf ihre mechanische Flexibilität, sondern auch auf die Flexibilität des Ansatzes und den Einsatz nachhaltiger und umweltfreundlicher Elektronikfertigungsplattformen, die zur Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen.“ und reale Anwendungen intelligenter Textilien in Gebäuden, Autoinnenräumen und Kleidung ermöglichen“, schließt Dr. Occhipinti.

Die Forschung wurde teilweise von der Europäischen Union und UK Research and Innovation unterstützt und wird in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

James Gamble, Autor des South West News Service, hat zu diesem Bericht beigetragen.

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