Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
W2 Usługi badań i pomiarów
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Tekstylne obwody drukowane

ghost666 13 Maj 2019 11:37 654 0
  • Tekstylne obwody drukowane
    Brytyjska firma Pireta - spinout z Narodowego Laboratorium Fizycznego w Wielkiej Brytanii - oferuje nowatorską technologię do zastosowania w elektronicznych tekstyliach.

    Dla większości z nas elektronika jest fascynująca, wliczając w to nawet zwykłe diody LED. Jeszcze niedawno nawet takie układu były spore (jak na swoje możliwości), energochłonne i trudne w integracji z innymi systemami. Teraz szybko zmienia się to, szczególnie wraz z postępem w zakresie elektroniki noszonej, która to implementowana jest w wielu sektorach - od komunikacji, przez modę po medycynę.

    Dotychczasowo większość urządzeń elektroniki noszonej, takich jak smartwatche, trackery aktywności czy monitory snu - wykorzystywano w formie opasek na rękę. Niedawno produkty tego sektora zaczęły ewoluować - od sztywnych, zamkniętych urządzeń do autentycznie noszonych inteligentnych ubrań opartych na e-tekstyliach. Tendencję tę zachęcają do pojawiania się kolejnych nowych czujników, akumulatorów i innych komponentów, które zostały opracowane pod kątem komfortu noszenia i możliwości integracji z ubiorem.

    Jedną z rzeczy, które zawsze martwiły, jeśli chodzi o elektronikę zintegrowaną z tekstyliami, jest jej trwałość i niezawodność, szczególnie jeśli chodzi o kilkakrotne przepuszczanie tego rodzaju systemów przez pralkę. Innymi zmartwieniami jest m.in. kwestia komfortu (nikt nie chce chodzić w ubraniach, które swędzą i drapią).

    W dużym skrócie - głównymi wyzwaniami pozostają obecnie montaż i wzajemne łączenie elementów elektronicznych na podłożach tekstylnych - w szczególności, jeżeli ma być zachowana m.in. rozciągliwość tkaniny.

    Rozwiązania tradycyjne

    Dotychczasowo wykorzystuje się główne dwa podejścia do tworzenia połączeń w technologii e-tekstyliów: drukowane przewodzącym atramentem oraz tkane, szyte lub haftowane przewodzącą nicią. Chociaż zasadniczo oba podejścia działają podobnie, to mają znaczne ograniczenia. Farby przewodzące są zazwyczaj oparte na klejach z dodatkiem srebra, które mają bardzo ograniczoną zdolność do rozciągania się bez pękania. Ponadto zazwyczaj nie są one nakładane bezpośrednio na tkaninę, które zapewniają słabe podłoże dla kleju. W konsekwencji tusze przewodzące generalnie muszą być nakładane na elastyczny przekładki lub jakąś warstwę podstawową. Ma to negatywny wpływ na dotyk tkaniny, jak również jej rozciągliwość i przepuszczalność takiego ubrania dla powietrza.

    Przędze przewodzące muszą być tkane lub dziane, a zatem nie są zgodne z technologiami swobodnego kształtowania ubrań. Chociaż możliwe jest zszywanie lub haftowanie przędz przewodzących w celu utworzenia obwodów przewodzących, procesy te nie są skalowalne w przypadku masowej produkcji. Podobnie jak w przypadku farb przewodzących, szycie lub haftowanie z przewodzącej przędzy zmienia wrażenia dotykowe czy układanie się tkaniny na ciele. Co więcej, żadna technologia nie będzie działać z bezpośrednim lutowaniem elementów, co jest stosowane niemalże powszechnie przez przemysł elektroniczny do montażu i łączenia komponentów elektronicznych z obwodami.

    Rozwiązanie na miarę 21 wieku?

    Firma Pireta z Wielkiej Brytanii opracowała jednakże alternatywny do dwóch powyższych metod sposób na wytwarzanie przewodzących ścieżek na tekstyliach. Innowacyjna metoda jest w pełni kompatybilna z swobodnym tworzeniem ubrań i jest rozszerzeniem klasycznych metod drukowania. W tym przypadku jednakże metal drukowany jest bezpośrednio na tkaninie, dzięki wykorzystaniu innowacyjnej metody chemicznego przygotowania materiału.

    Technologia opracowana przez Piretę nie ma wpływu na tkaninę, to jak się układa, jaka jest w dotyku i czy pozostanie dalej przewiewna. Dzięki wykorzystaniu opisanego poniżej procesu, firma wytwarza na włóknach materiału supercienką powłokę metaliczną, która przewodzi prąd.

    Przędza w tkaninie składa się z wiązki włókien, które zostały skręcone lub splecione ze sobą, a następnie są splatane razem w celu utworzenia materiału tekstylnego (tkaniny lub dzianiny). Ponieważ metaliczna powłoka dodana w procesie Pireta pokrywa pojedyncze włókna i ma tylko kilka mikronów grubości, włókna zachowują zdolność do poruszania się i deformacji. W wyniku tego procesu nieznaczną wzrasta waga materiału, ale nie odczuwa się jakiejkolwiek ingerencji w oddychalność lub rozciągliwość tkaniny. Zamiast dodawania oddzielnej przewodzącej warstwy lub nici do tkaniny, proces Pirety powoduje, że tkanina sama staje się przewodząca.

    Tekstylne obwody drukowane
    Proces produkcji przewodzących wzorów na tkaninach ma wiele wspólnego z produkcją płytek drukowanych. Opisywana technologia ma pięć prostych kroków i oparta jest o reakcje chemiczne prowadzone w wodzie, jako rozpuszczalniku. Wykorzystane jest dostępne komercyjne, proste wyposażenie. Sam proces składa się z pięciu kroków:

    1. Wstępna obróbka chemiczna.
    2. Aktywacja - przyłączenie chemicznego linkera do molekuł tkaniny.
    3. Funkcjonalizacja - drukowanie nanometalicznego katalizatora na tkaninie, z wykorzystaniem standardowej przemysłowej drukarki.
    4. Wywołanie - metaliczną warstwę nanocząstek pogrubia się w procesie platerowania.
    5. Pasywacja - finalnie, warstwę metalu pasywuje się z wykorzystaniem innego metalu lub substancji organicznych.

    Proces ten jest kompatybilny z szeroką gamą przędz, dzianin i włóknin - naturalnych, syntetycznych, szklanych czy na bazie mineralnej. Typowe opory tak wykonanej powierzchni wynoszą od 10 do 100 mΩ / kwadrat. Ten poziom przewodności jest odpowiedni nie tylko dla ścieżek sygnałowych, ale jest również nadaje się do dystrybucji energii. Na przykład, ścieżka o długości 100 mm i szerokości 10 mm może mieć całkowitą na poziomie oporność 100 mΩ. Zakładając akceptowalne rozpraszanie ciepła i straty na poziomie 1 W na tym obszarze, przez ścieżkę przepuścić możemy do 10 A.

    Ponieważ przewodzące ścieżki są metalowe, elementy elektroniczne czy złącza można przylutować bezpośrednio do nich. Technologia ta może być stosowana przy minimalnym wpływie na tkaninę, dodając ścieżki przewodzące tylko, gdy jest to potrzebne. Minimalne rozmiary ścieżek zależą w pewnym stopniu od rozstawienia ściegu lub wzoru splotu. Jednakże szerokości ścieżek i odstępów pomiędzy nimi na poziomie 1 mm są łatwo osiągalne w przypadku większości tkanin.

    Podczas procesu materiał jest nakładany na tylko jedną stronę materiału tekstylnego, ale penetruje on materiał, co powoduje że warstwa metaliczna doskonale przywiera do włókien tekstylnych. W rezultacie połączenia lutowane są bardziej wytrzymałe mechanicznie. Ponadto, wzory takie są bardzo trwałe i odporne m.in. na ścieranie. Przewodność tych warstw utrzymuje się przez nawet 100 lub więcej cykli prania i wiele tysięcy cykli rozciągania.

    Oprócz tego, że jest idealnym rozwiązaniem dla e-tekstyliów, opisana metoda jest także idealnym rozwiązaniem do budowy rozmaitych elementów, czujników i przetworników. Ścieżki przewodzące mogą przekazywać sygnały radiowe o częstotliwości nawet do 5 GHz, a anteny mogą być produkowane z przewodzących wzorów drukowanych bezpośrednio na tkaninie. Umożliwia to bezpośrednią integrację interfejsów bezprzewodowych, takich jak NFC, RFID, Bluetooth i Wi-Fi, w inteligentnych ubraniach.

    Technologia ta jest kompatybilna tak z obecnie wykorzystywanymi technologiami elektronicznymi, ale także z przemysłem tekstylnym. Sam proces jest w pełni skalowalny i może być wykorzystywany w dużych fabrykach do pracy na całych belkach tkaniny, ale także na pojedynczych ubraniach. Dodatkowo, można nakładać na tak przygotowane przewodzące materiały, zarówno barwniki, jak i inne substancje, zwykle stosowane na tekstyliach.

    Opisany proces jest addytywny co oznacza, że podczas produkcji tych tkanin produkowane jest bardzo mało odpadów. Dodatkowo, wszystkie materiały użyte w procesie produkcji są w pełni dostępne komercyjnie oraz nieszkodliwe dla środowiska.

    Dzięki umożliwieniu łatwej integracji systemów elektronicznych z ubraniami, technologia stworzona przez Pireta pozwala na tworzenie nowej generacji systemów elektroniki noszonej i e-tekstyliów. Ubrania takie będą wygodne, rozciągliwe i oddychające, a także będą wytrzymałe i odporne na wiele prań. Istnieje szeroka gama aplikacji, w których zastosować można tego rodzaju materiały - od medycyny, poprzez systemy fitness, a także wyposażenie militarne itp. Wielu projektantów z tych sektorów oczekuje na pojawienie się tego rodzaju zaawansowanej technologii, która pozwoli im stworzyć wymyślone przez siebie urządzenia noszone.

    Źródło: https://www.eeweb.com/profile/max-maxfield/articles/new-printed-circuit-technology-for-etextiles

    Fajne! Ranking DIY
  • W2 Usługi badań i pomiarów