«Пользователи хотят, чтобы светоизлучающие дисплеи были интегрированы в ткань, чтобы они были мягкими, легкими, растягивающимися, стираемыми и пригодными для носки – как обычная одежда, но со светоизлучающими панелями, которые могут освещать пользователя или отображать графику / информацию», говорит старший автор Триша Кармайкл, профессор химии поверхностей и материалов Виндзорского университета.
Тем не менее, создание тканей для ношения с использованием высокотехнологичных материалов оказалось сложной задачей. Существующие методы изготовления хорошо подходят для жестких поверхностей, таких как стекло, силиконовые пластины или пластмассы, но с их переплетенными нитями, предназначенными для движения и растяжения, текстиль в одежде далек от жесткости.
В результате современные подходы к производству светоизлучающей одежды, которые включают в себя вшивание жестких диодов, проводов и оптических волокон в текстильные изделия, приводят к созданию одежды, которой не хватает растяжимости и мягкости по сравнению с их несветящимися аналогами. Их также сложно мыть. Понимая важность размещения светоизлучающих устройств в этих гибких и растяжимых структурах для создания светящихся тканей, которые напоминают любую другую одежду, Кармайкл и его коллеги использовали другой подход.
"Ведущий автор данной статьи Юньюнь Ву ходила по магазинам за тканями для своего исследования, и у нее возник момент эврики: почему бы не использовать прозрачные ткани в качестве решения для формирования прозрачного проводника, важнейшего элемента всех светоизлучающих устройств??"говорит Кармайкл. "Второй момент, когда загорелся лампочка, наступил, когда мы подумали о колготках как об идеальном материале для изготовления новых электродов."
Исследователи использовали никелевую иммерсионную золотую металлизацию – метод осаждения металла на основе раствора, который часто используется для изготовления печатных плат, которые наносят металл только на поверхности нейлоновых и спандексных волокон, для покрытия колготок высокопроводящей золотой пленкой толщиной всего около 100 нм. по толщине. Они обнаружили, что процесс покрытия позволяет ткани колготок сохранять полупрозрачность и эластичность.
Используя эту новую технику изготовления, исследователи затем создали узорчатый светоизлучающий текстиль со смайликами в виде смайлика, а также динамический дисплей, состоящий из семи прямоугольных сегментов, которые могут переставляться, чтобы отображать числа от нуля до девяти.
Хотя золото, конечно, может быть дорогим, Кармайкл и его коллеги считают, что его химическая стабильность и безопасность для кожи делают его отличным выбором для носимых материалов. Поскольку такое небольшое количество золота (покрытие в 1000 раз тоньше человеческого волоса) необходимо для придания тканям проводимости, необходимой для освещения, исследователей не беспокоит стоимость металла или другие затраты, связанные с расширением производства.
«Мы с оптимизмом смотрим на возможность масштабирования технологии», – говорит Кармайкл. «Процесс, который мы используем для нанесения ультратонкого золотого покрытия на волокна ткани, можно расширить, увеличив объем раствора для нанесения покрытия, что позволит обрабатывать целые предметы одежды.
Мы также используем существующие сверхпрочные ткани и, следовательно, не нуждаемся в производстве новых текстильных материалов."
Однако на пути включения носимых светоизлучающих устройств в повседневную жизнь в целом остается одно серьезное препятствие: возможность питать их без громоздких генераторов энергии и систем хранения.
«Мы изучаем широкий спектр архитектурных элементов текстиля в качестве неотъемлемой части конструкции электродов устройства, чтобы обеспечить бесшовную интеграцию хрупких материалов, аккумулирующих энергию, в текстиль», – говорит Кармайкл.