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May 12, 2023

직조 디스플레이 및 스마트 직물을 만드는 더 저렴한 방법

연구원들은 LED를 통합한 차세대 스마트 섬유를 개발했습니다.

연구진이 개발한LED, 센서, 에너지 수확 및 저장 기능을 통합한 차세대 스마트 직물은 우리가 매일 입는 옷을 만드는 데 사용되는 것과 동일한 기계를 사용하여 어떤 모양이나 크기로든 저렴하게 생산할 수 있습니다.

케임브리지 대학이 이끄는 국제 팀은 이전에 직조 디스플레이를 큰 크기로 만들 수 있음을 입증했지만 이러한 초기 사례는 특수 수동 실험실 장비를 사용하여 만들어졌습니다. 다른 스마트 직물은 특수 마이크로 전자 제조 시설에서 제조될 수 있지만 이는 비용이 많이 들고 많은 양의 폐기물을 생성합니다.

그러나 연구팀은 기존 직물을 만드는 데 사용되는 동일한 산업용 직기에서 전자, 광전자, 감지 및 에너지 섬유 구성 요소를 직조함으로써 플렉서블 디스플레이와 스마트 직물을 훨씬 더 저렴하고 지속 가능하게 만들 수 있다는 사실을 발견했습니다. Science Advances 저널에 보고된 그들의 결과는 스마트 섬유가 자동차, 전자, 패션 및 건설을 포함한 분야에서 대형 전자 제품의 대안이 될 수 있음을 보여줍니다.

최근 스마트 섬유 개발의 진전에도 불구하고 현재 제조 공정으로 인해 기능성, 크기 및 모양이 제한되었습니다.

논문의 첫 번째 저자이자 케임브리지 공과대학의 이상효 박사는 "우리는 특수 마이크로 전자공학 시설에서 이러한 직물을 만들 수 있지만 이를 위해서는 수십억 파운드의 투자가 필요합니다"라고 말했습니다. "또한 이러한 방식으로 스마트 직물을 제조하는 것은 매우 제한적입니다. 모든 것이 집적 회로를 만드는 데 사용되는 것과 동일한 견고한 웨이퍼에서 만들어져야 하기 때문에 우리가 얻을 수 있는 최대 크기는 직경이 약 30cm입니다."

연구를 공동 주도한 공학부 Luigi Occhipinti 박사는 "스마트 직물은 실용성이 부족하여 제한적이었습니다."라고 말했습니다. "일반 직물이 견뎌야 하는 일종의 굽힘, 늘어나기, 접힘을 생각하면 스마트 직물에 동일한 내구성을 통합하는 것이 어려운 일이었습니다."

작년에 같은 연구자 중 일부는 스마트 직물에 사용되는 섬유가 신축성을 견딜 수 있는 재료로 코팅되면 기존 직조 공정과 호환될 수 있음을 보여주었습니다. 이 기술을 사용하여 그들은 46인치 직조 데모 디스플레이를 제작했습니다.

이제 연구원들은 크기나 모양에 제한 없이 자동화된 공정을 사용하여 스마트 직물을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 에너지 저장 장치, 발광 다이오드 및 트랜지스터를 포함한 여러 유형의 섬유 장치를 제조하고 캡슐화하고 합성 또는 천연 섬유의 기존 섬유와 혼합하여 자동 직조를 통해 스마트 직물을 만들었습니다. 섬유 장치는 전기 전도성 접착제를 사용하여 자동화된 레이저 용접 방법으로 상호 연결되었습니다.

모든 공정은 전자 부품의 손상을 최소화하도록 최적화되었으며, 그 결과 산업용 직조기의 늘어남을 견딜 수 있을 만큼 내구성이 뛰어난 스마트 직물이 만들어졌습니다. 섬유 소자의 기능성을 고려한 캡슐화 방법을 개발하였고, 기계적인 힘과 열에너지를 체계적으로 조사하여 자동화된 직조와 레이저 기반의 상호 연결을 구현하였다.

섬유 제조업체와 협력하는 연구팀은 약 50x50cm 크기의 스마트 섬유 테스트 패치를 생산할 수 있었지만, 이는 더 큰 크기로 확장되고 대량으로 생산될 수 있습니다.

Lee는 "이 회사들은 높은 처리량의 섬유 압출기와 1제곱미터의 직물을 자동으로 직조할 수 있는 대형 직조기를 갖춘 잘 확립된 제조 라인을 보유하고 있습니다"라고 말했습니다. "그래서 우리가 공정에 스마트 섬유를 도입하면 결과적으로 기본적으로 다른 직물이 제조되는 것과 똑같은 방식으로 제조되는 전자 시스템이 탄생하게 됩니다."

연구원들은 크고 유연한 디스플레이와 모니터를 특수 전자 제조 시설이 아닌 산업용 직기에서 제작하는 것이 가능해 생산 비용이 훨씬 저렴해질 수 있다고 말합니다. 그러나 프로세스의 추가 최적화가 필요합니다.