導電紡織品於穿戴式電子元件之應用

 

刊登日期:2015/7/5
  • 字級

近年來,導電紡織品應用於可穿戴技術上的研究備受矚目,隨著越來越多穿戴式電子及智慧衣等新產品的上市,消費市場也逐年維持著良好的成長。導電紡織品是智慧衣發展的重要基礎技術,由導電纖維打造而成的導電紡織品,其優劣在於關鍵電性(電阻、電容等),而導電紡織品的表面電阻特性取決於所用的導電材料、導電纖維的百分比,以及織物結構。
 
導電紡織品製作技術
過去首重以使用金屬纖維與其他纖維混紡為主要的工藝。其中,早期國內紡織業者以研發較髮絲細小的不銹鋼絲製成衣物。由於纖維材質的緣故,賦予紗線強力與彈性,並且兼容了金屬鍍層,確保其優異之導電性,因此可藉由後續控制電流電壓轉換成各種開關功能,讓紡織品能結合各種電子元件,擁有例如感測外界環境、播放音樂、發光、發電、偵測人體生理訊號等功能。
 

因應未來發展,工研院材化所自行開發的耐水洗導電紡織品,是在紡織品上印刷一導電層,並且通過水洗測試20次後(AATCC 135),其表面電阻仍維持在100~101 Ω/□之間,而市售導電布較不耐水洗,其表面電阻會隨水洗次數增加而上升(10-1 → 102 Ω/□)。採用後處理方式賦予紡織品高導電度,不受織物種類限制,可利用網版進行不同圖案之印刷,製作成導電度均勻的導電紡織品(表二)。此新開發之導電紡織品為了能與穿戴式電子元件結合,亦經過許多相關項目的測試。其中,耐汗牢度(AATCC 15-2009):3~4級;耐磨耗測試(ASTM 4966):經3,000及6,000 rpm磨耗測試前後,訊雜比皆可維持在20 dB以上;RoHS六項測試:符合RoHS 2002/95/EC;心電圖軟板電路模組訊號測試:水洗20次前後,市售導電布訊雜比約5 dB,而工研院的導電布訊雜比皆可達20dB以上。
 
表二、耐水洗導電紡織品與市售鍍銀纖維之比較
 
穿戴式電子裝置
2014年是穿戴式電子(Wearable Electronics)裝置開始大放異彩的一年,更因此譽為「穿戴元年」,各種新穎的穿戴式產品紛紛上市,整體市場在2014年約達3,170萬台,而根據估計,至2018年時,將可成長到逾1億9,000萬台,2014~2016年將是穿戴式裝置發展最為蓬勃的三年,2015及2016這兩年之成長率甚至可突破100%,如圖六所示。從消費市場來看,穿戴式電子裝置又以智慧手環、智慧手錶以及智慧眼鏡為主流,在裝置發展初期,大多以娛樂應用及運動歷程紀錄等功能為主,接續則是以健康管理為主。
 

圖六、全球智慧穿戴裝置市場規模展望
 
健康照護
台灣國人歷年來的十大死因,接續排名首位癌症之後的就是心臟疾病。遠端健康照護的例子之一:動態心電圖(ECG)監控,這種動態系統通常藉由導線連結電極至小型數據紀錄器。透過系統監控得以讓醫師於患者心律失常時得到警示,並且減少醫院資源的浪費。市售穿戴式健康裝置尤以運動照護的心率偵測為大宗,心率錶及胸帶是主要產品形式,而此系統的下一階段將是可穿戴的織物形式,透過導電紡織品形成導電通路以取代傳統電線,不須更換電極且耐用。
 
智慧衣
智慧衣因涉及織物技術與生物電子跨領域整合,技術及商業模式門檻高,但因利潤相對較高,已有部分廠商開始投入並推出商用產品,可望成為下階段之潛力產品。IntertechPira預估,2016年全球智慧型紡織品成長率將達23%,2021年市值可望逾25億美元。2014年美國CES展首度設立穿戴科技裝置專區,其中來自法國,成立於2008年的Cityzen Sciences新創公司,於CES推出智慧衣,就一舉拿下創新大獎,且在數位健康高峰會上大放異彩。Cityzen Sciences所研發的智慧衣,透過內嵌在衣物布料上的感應器,除了可偵測穿衣者體溫……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:陳志龍、孫文賢、唐靜雯/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」343期,更多資料請見下方附檔。

分享
為此篇文章評分

相關廠商