Fil d'innovation : méthode moins chère pour fabriquer des présentoirs tissés et des tissus intelligents

Par University of Cambridge21 avril 2023

Les chercheurs ont développé une méthode rentable pour produire des textiles intelligents, incorporant des LED, des capteurs, la récupération d'énergie et le stockage, à l'aide de métiers à tisser industriels conventionnels. La technique surmonte les limitations de fonctionnalité, de dimensions et de formes en tissant des composants électroniques, optoélectroniques, de détection et de fibres énergétiques avec des fibres traditionnelles. Cela permet la création de textiles intelligents sans restriction de taille ou de forme, offrant une alternative à l'électronique plus grande dans divers secteurs. En collaborant avec des fabricants de textiles, l'équipe a produit des patchs de test de textiles intelligents, avec un potentiel d'augmentation en taille et en volume. Une optimisation supplémentaire est nécessaire, mais les chercheurs pensent que cette approche pourrait rendre les grands écrans et moniteurs flexibles plus abordables et plus respectueux de l'environnement.

Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Cambridge a mis au point une méthode rentable et écologique pour produire des textiles intelligents à l'aide de métiers à tisser industriels. Cette technique permet la création de tissus intelligents flexibles et durables sans limitation de taille ou de forme, offrant des applications potentielles dans diverses industries.

Les chercheurs ont développé des textiles intelligents de nouvelle génération - intégrant des LED, des capteurs, la récupération d'énergie et le stockage - qui peuvent être produits à peu de frais, dans n'importe quelle forme ou taille, en utilisant les mêmes machines que celles utilisées pour fabriquer les vêtements que nous portons tous les jours.

L'équipe internationale, dirigée par l'Université de Cambridge, a déjà démontré que les présentoirs tissés peuvent être fabriqués dans de grandes tailles, mais ces exemples antérieurs ont été réalisés à l'aide d'équipements de laboratoire manuels spécialisés. D'autres textiles intelligents peuvent être fabriqués dans des installations spécialisées de fabrication microélectronique, mais celles-ci sont très coûteuses et produisent de gros volumes de déchets.

However, the team found that flexible displays and smart fabrics can be made much more cheaply, and more sustainably, by weaving electronic, optoelectronic, sensing and energy fiber components on the same industrial looms used to make conventional textiles. Their results, reported in the journal Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Science Advances, démontre comment les textiles intelligents pourraient être une alternative à l'électronique plus large dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique, la mode et la construction.

Malgré les progrès récents dans le développement des textiles intelligents, leur fonctionnalité, leurs dimensions et leurs formes ont été limitées par les procédés de fabrication actuels.

Les chercheurs ont développé des textiles intelligents de nouvelle génération - intégrant des LED, des capteurs, la récupération d'énergie et le stockage - qui peuvent être produits à peu de frais, dans n'importe quelle forme ou taille, en utilisant les mêmes machines que celles utilisées pour fabriquer les vêtements que nous portons tous les jours. 1 crédit

"Nous pourrions fabriquer ces textiles dans des installations spécialisées en microélectronique, mais cela nécessite des milliards de livres d'investissement", a déclaré le Dr Sanghyo Lee du département d'ingénierie de Cambridge, premier auteur de l'article. "De plus, la fabrication de textiles intelligents de cette manière est très limitée, car tout doit être fabriqué sur les mêmes plaquettes rigides utilisées pour fabriquer des circuits intégrés, donc la taille maximale que nous pouvons obtenir est d'environ 30 centimètres de diamètre."

"Les textiles intelligents ont également été limités par leur manque de praticité", a déclaré le Dr Luigi Occhipinti, également du Département d'ingénierie, qui a codirigé la recherche. "Vous pensez au type de flexion, d'étirement et de pliage que les tissus normaux doivent supporter, et cela a été un défi d'incorporer cette même durabilité dans des textiles intelligents."

L'an dernier, certains de ces mêmes chercheurs ont montré que si les fibres utilisées dans les textiles intelligents étaient enduites de matériaux capables de résister à l'étirement, elles pourraient être compatibles avec les procédés de tissage conventionnels. En utilisant cette technique, ils ont produit un écran de démonstration tissé de 46 pouces.

Les chercheurs ont développé des textiles intelligents de nouvelle génération - intégrant des LED, des capteurs, la récupération d'énergie et le stockage - qui peuvent être produits à peu de frais, dans n'importe quelle forme ou taille, en utilisant les mêmes machines que celles utilisées pour fabriquer les vêtements que nous portons tous les jours. 1 crédit

Aujourd'hui, les chercheurs ont montré que les textiles intelligents peuvent être fabriqués à l'aide de processus automatisés, sans limite de taille ou de forme. Plusieurs types de dispositifs à fibres, notamment des dispositifs de stockage d'énergie, des diodes électroluminescentes et des transistors, ont été fabriqués, encapsulés et mélangés à des fibres conventionnelles, synthétiques ou naturelles, pour créer des textiles intelligents par tissage automatisé. Les dispositifs à fibres ont été interconnectés par une méthode de soudage au laser automatisée avec un adhésif électriquement conducteur.

Les processus ont tous été optimisés pour minimiser les dommages aux composants électroniques, ce qui a rendu les textiles intelligents suffisamment durables pour résister à l'étirement d'une machine à tisser industrielle. La méthode d'encapsulation a été développée pour tenir compte de la fonctionnalité des dispositifs à fibre, et la force mécanique et l'énergie thermique ont été étudiées systématiquement pour réaliser respectivement le tissage automatisé et l'interconnexion à base de laser.

L'équipe de recherche, travaillant en partenariat avec des fabricants de textiles, a pu produire des patchs de test de textiles intelligents d'environ 50 × 50 centimètres, bien que cela puisse être mis à l'échelle à des dimensions plus grandes et produits en gros volumes.

"Ces entreprises ont des lignes de fabrication bien établies avec des extrudeuses de fibres à haut débit et de grandes machines à tisser qui peuvent tisser automatiquement un mètre carré de textiles", a déclaré Lee. "Ainsi, lorsque nous introduisons les fibres intelligentes dans le processus, le résultat est essentiellement un système électronique qui est fabriqué exactement de la même manière que les autres textiles sont fabriqués."

Les chercheurs affirment qu'il pourrait être possible de fabriquer de grands écrans et moniteurs flexibles sur des métiers à tisser industriels, plutôt que dans des installations de fabrication d'électronique spécialisées, ce qui les rendrait beaucoup moins chers à produire. Cependant, une optimisation supplémentaire du processus est nécessaire.

"La flexibilité de ces textiles est absolument incroyable", a déclaré Occhipinti. "Pas seulement en termes de flexibilité mécanique, mais la flexibilité de l'approche, et pour déployer des plates-formes de fabrication d'électronique durables et respectueuses de l'environnement qui contribuent à la réduction des émissions de carbone et permettent de véritables applications de textiles intelligents dans les bâtiments, les intérieurs de voitures et les vêtements. Notre approche est assez unique à cet égard."

Référence : « Intégration de systèmes véritablement évolutifs et sans facteur de forme pour les architectures textiles électroniques avec des dispositifs à fibres multifonctionnelles » par Sanghyo Lee, Hyung Woo Choi, Cátia Lopes Figueiredo, Dong-Wook Shin, Francesc Mañosa Moncunill, Kay Ullrich, Stefano Sinopoli, Petar Jovancic, Jiajie Yang, Hanleem Lee, Martin Eisenreich, Umberto Emanuele, Salvatore Nicotera, Angelo Santos, Rui Igreja, Alessio Marrani, Roberto Momentè, João Gomes, Sung-Min Jung, Soo Deok Han, Sang Yun Bang, Shijie Zhan, William Harden -Chaters, Yo-Han Suh, Xiang-Bing Fan, Tae Hoon Lee, Jeong-Wan Jo, Yoonwoo Kim, Antonino Costantino, Virginia Garcia Candel, Nelson Durães, Sebastian Meyer, Chul-Hong Kim, Marcel Lucassen, Ahmed Nejim, David Jiménez, Martijn Springer, Young-Woo Lee, Geon-Hyoung An, Youngjin Choi, Jung Inn Sohn, SeungNam Cha, Manish Chhowalla, Gehan AJ Amaratunga, Luigi G. Occhipinti, Pedro Barquinha, Elvira Fortunato, Rodrigo Martins et Jong Min Kim, 21 avril 2023, Science Advances. DOI : 10.1126/sciadv.adf4049

La recherche a été financée en partie par l'Union européenne et UK Research and Innovation.