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穿著的科技:智慧型紡織品

102/07/09 瀏覽次數 12773
智慧型紡織品(smart textiles)的概念,是整合「電子元件紡織化」的創新技術,讓紡織品滿足穿戴者所期待的互動機能,包含內在身體訊號的擷取、外在環境的提醒、外在資訊的給予等機能。其相關技術包含以金屬化纖維取代漆包線、以針織紋路取代電子迴路、以織物電池取代固形電池等整合的科技。

可以想像,智慧型紡織品的市場應以休閒運動與照護領域較為看好,切入也容易些。智慧型紡織品可以分類為:

被動性智慧型紡織品—僅能在接收外界訊號後做出反應,而不能自動調整,一般以物理化學的原理為基礎。

主動性智慧型紡織品—運用類微處理系統調控,進行形態的、防風的、防水的、排導汗等自控機能運轉,甚至有些產品能以聲音、光電、色彩或溫度的機能提供溝通的訊號。

超智慧型紡織品—這系列跨領域整合的產品,當初只是單純地希望把通訊器材、隨身聽、電腦等電子產品整合在服飾上。但最近已演進為結合前兩項被動與主動智慧型紡織品的概念,發展至模仿大腦類神經系統,希望讓服飾能偵測、接收或發送各式音訊、視訊,甚至波長訊號等,也就是從產品功能的「組合」進化至紡品機能的「融合」。

早期智慧型服飾的概念比較簡單,就是把所有隨身攜帶的物品,包含手機、隨身聽、電子記事本、鑰匙、金融卡、相機、攝影機,甚至筆記型電腦等,與紡織品結合,最好都在衣服上。最初的市場是鎖定在喜愛流行與運動休閒的年輕人身上,因此早期的智慧型紡織品可以說是「小家電紡織品」。不過,至今發展可以說是更細緻化了,呈現超輕、超柔、可摺、可洗的「布按鍵紡織品」。

高科技紡織品的議題,由創新材料應用、電子紡織品到智慧型紡織品產品化。創新纖維材料著重在個人防護紡織品領域,諸如:靜電紡絲、驅蟲纖維、昆蟲防護、杜邦光纖、防彈衣、隔音與保溫織物結構等。電子紡織品則以發展發光紡織品,軟性電路應用於智慧型紡織品,刺繡應用於智能衣、互動警示背心,智慧型紡織品在娛樂與市場上的應用等。智慧型紡織品產品化,主題包含:新ECG(心電圖)織物電極測量、可水洗電子織物、互動壓力監視輪椅、通訊頭盔與手套、感官電鋸防護設備、嵌入式電子產品化的應用等。

發光紡織品是智慧型紡織品最主要且最多廠商展示與發表的項目,包含:發光紗線、發光織物及其成型技術、終端應用產品等。本文以發光紡織品的發展趨勢為案例,深入淺出地介紹2011 Techtextile展中智慧型紡織品的最新發展趨勢。

發光紡織品

發光紡織品是由光與紡織品所構成,其與人的關聯,除了提供安全警示與照明需求之外,在2011年Avantex Symposium上對於光與紡織品的應用另有新的見解與發表。研究人員Christoph Riethmüller與Heinrich Planck認為,光與紡織品結合可以提升人體情感與感官領域的應用,諸如:生理時鐘、情緒、訊息、能源效益等,更為照明紡織品開啟了一個廣闊的領域。

光與織物之間具備反射、傳輸、吸收、發射等作用,不同的作用因應於不同的情境,而使用在不同的終端產品上,諸如:反射—緊身衣、屏幕、保暖紡織品、 防曬紡織品等,傳輸—窗簾、背光紡織品、防曬紡織品等,吸收—太陽熱能紡織品、絕緣紡織品、防曬紡織品等,發射—磷光∕螢光紡織品、 防盜版產品、自發光紡織品等。

依據光的來源或發光的方式,紡織品發光的型態區分為自發光紡織品與背光紡織品兩種。不同的發光型態提供不同紡織品設計的解決方案,諸如:

自發光紡織品—具備高效節能、空間可辨識,光源靈活度高等優勢,可做為創新燈光設計、光源裝配模式,可主動式切換發光圖騰,具備可調控性、紡織型態顯示模式,以及紡織品的觸感等特性。

背光紡織品—具備經濟效益,可廣泛應用照明等優勢,可使用既有的光源(如燈泡、日光燈、LED燈等市售的光源)呈現虛擬深度效應、動態光學、眩光、填補空白的光譜、形式可分解等特性。

自發光紡織品技術

自發光紡織品的型態,由光源與紡織品的結合方式,可區分為以下幾種:LED嵌入織物、發光線、發光材料塗布紡織品、自發光紗線等。

LED嵌入織物技術-LED與織物結合先進技術可以分為兩種,一種是彈性可撓電路貼合織物,另一種是以導電織物為布局平台,發展而成的發光織物主機板。

可撓性電路貼合織物-2009年,Fraunhofer IZM與TU Berlin共同發表了彈性可撓電路板應用在智慧型紡織品上。延續這概念,今年René Vieroth、Manuel Seckel及Christian Dils在Avantex Symposium研討會上,揭露更詳細的材料配方與製程。

TPU薄膜印刷銅箔電路後,以無鉛銲錫焊接控制元件與SMD的LED元件,元件經攝氏130度膠封固化後,再以約150至160度把軟性電路板貼合在織物上,完成可撓性電路貼合織物。這研究屬於歐盟STELLA計畫,今年在展覽會中已發表諸多產品雛形。

發光織物主機板-發光織物主機板的關鍵材料是導電纖維/紗線(例如TITV所發展的鍍銀紗線ELITEX® yarn),透過織造與刺繡的方式,達到織物導電與控制回路的布局後,再以焊接或導電方式縫紉LED元件與電子元件在導電布局上,例如TITV的刺繡主機板。

Forster Rohner AG也在Avantex Symposium發表了刺繡技術在智慧紡織品上的應用,利用導電纖維與非導電性纖維,整合回路布局與美學圖騰設計,發表多項導電刺繡應用雛形,例如太陽能提包、氣象互動禮服等。

背光紡織品技術

根據Oliver Maetschke與Tino Müller發表的主題-光學織物應用在新的紡織發展照明產業與建築,ETTLIN Lux開發了一種新的背光紡織品。他們結合纖維材料與織物結構,以點光源投影在織物表面,呈現出多種光學的特殊效果,例如虛擬深度效應、動態光學、De-glaring、光譜補償等特性,未來可應用在大面積照明或情境營造的場合上。

虛擬深度效應是點光源投射在織物結構上發生複雜的光學作用,使織物上的光影呈現彎曲,更可透過光源的排列設計,使織物表面產生虛擬深度效應的光學效果。動態光學則是織物結構可以根據光線不同的入射角度,導引出不同的光影,因此觀眾改變視角時,可以發現織物表面呈現不同的光線投影,達到動態光學的效果(如:0°、30°、60°等視角)。

最近科學家構思只要按一下觸控式按鈕,衣服就可加寬、縮小或變換顏色的智慧型紡織品的可能。甚至淋溼了的衣物,只要隨手一按,便能在幾秒鐘內變乾,這可以說是「超機能期待」。
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