TWI564444B - 功能化纖維、織物、碰撞測試模型人、和擠製胚料 - Google Patents

Description

功能化纖維、織物、碰撞測試模型人、和擠製胚料

本發明涉及一種內嵌互連件，特別是一種可撓的內嵌互連件。

對於更多手提式及合格的電子裝置之消費者需求已驅動較小及更易於使用的裝置之開發及生產。使用者期待出自更小裝置之較大的功能性及隨身持有該等呈現功能性之裝置，該功能性係先前不可用或僅只於非手提式裝置中可用。衣服現在包含電話、GPS裝置、及音樂播放器專用之口袋，具有用於敷設控制器或耳機用之電線的內建袖套。

一種可撓的電功能化纖維，包括：芯部；第一導電層，鄰接該芯部；介電層，鄰接該第一導電層； 第二導電層，鄰接該介電層；及絕緣包覆料，圍繞該第二導電層，其中該可撓的電功能化纖維具有少於2.0毫米之自然彎曲半徑。

10‧‧‧功能化纖維

20‧‧‧芯部

30‧‧‧第一導電層

40‧‧‧內部絕緣層

50‧‧‧第二導電層

60‧‧‧外部絕緣層

100‧‧‧複合線

110a‧‧‧雙絞線

110b‧‧‧雙絞線

120a‧‧‧雙絞線

120b‧‧‧雙絞線

200‧‧‧複合線

210a‧‧‧功能化雙絞線

210b‧‧‧功能化雙絞線

220a‧‧‧紡織纖維雙絞

220b‧‧‧紡織纖維雙絞

300‧‧‧功能化纖維

320‧‧‧芯部

322‧‧‧芯部

330‧‧‧導電層

332‧‧‧導電層

340‧‧‧介電層

342‧‧‧介電層

350‧‧‧導電層

352‧‧‧導電層

360‧‧‧外層

362‧‧‧外層

370‧‧‧壓電功能化層

372‧‧‧壓電功能化層

400‧‧‧功能化纖維

402‧‧‧片段

404‧‧‧片段

406‧‧‧片段

510‧‧‧功能化方格網

520‧‧‧功能化纖維

530‧‧‧功能化纖維

542‧‧‧壓電裝置

544‧‧‧壓電發光裝置

620‧‧‧功能化纖維

630‧‧‧功能化纖維

640‧‧‧電裝置

642‧‧‧電裝置

644‧‧‧電裝置

646‧‧‧電裝置

648‧‧‧電裝置

650‧‧‧互連件

652‧‧‧互連件

656a‧‧‧接點

656b‧‧‧接點

658a‧‧‧接點

658b‧‧‧接點

660‧‧‧圓形面積

670‧‧‧虛線圓

684a‧‧‧裝置

684b‧‧‧裝置

686a‧‧‧裝置

686b‧‧‧裝置

688‧‧‧互連件

690‧‧‧互連件

692‧‧‧互連件

694‧‧‧互連件

696‧‧‧互連件

697‧‧‧互連件

698‧‧‧互連件

800‧‧‧製程

810‧‧‧纖維來源

820‧‧‧塗覆裝置

830‧‧‧第二塗覆裝置

840‧‧‧第三塗覆裝置

850‧‧‧塗覆裝置

860‧‧‧編織裝置

862‧‧‧路徑

870‧‧‧纖維來源

880‧‧‧著色裝置

910‧‧‧擠壓機

912‧‧‧坯料

914‧‧‧功能化纖維

916‧‧‧坯料

920‧‧‧芯部

922‧‧‧芯部

926‧‧‧合成物

928‧‧‧模具

930‧‧‧導電層

932‧‧‧導電層

940‧‧‧介電層

942‧‧‧介電層

950‧‧‧第二導電層

952‧‧‧導電層

960‧‧‧外塗覆層

960‧‧‧外層

970‧‧‧插件

972‧‧‧插件

圖1A提供本發明之一實施例的纖維之橫向截面視圖。

圖1B係圖1之纖維的縱向截面視圖。

圖2A說明本發明之包含二雙絞線纖維的實施例。

圖2B說明本發明之包含雙絞線功能化纖維及雙絞線紡織纖維的實施例。

圖3提供本發明之實施例的縱向截面視圖，其包含一具有使用連續式方法所製成之電活性部分的纖維。

圖4提供本發明之實施例的縱向截面視圖，其包含一具有藉由將各部分接合在一起所產生之電活性部分的纖維。

圖5說明按照本發明之一實施例的功能化纖維之方格網。

圖6A提供圖5所示實施例的一部分之較接近視圖。

圖6B提供本發明的一實施例中之功能化纖維的電概要圖。

圖6C提供本發明的另一實施例中之功能化纖維的電概要圖。

圖7說明按照本發明之另一實施例的圖5之方格網的編織版本。

圖8提供一流程圖，說明可撓的電功能化纖維生產方法的一實施例。

圖9說明按照本發明之實施例的纖維生產之另一方法。

圖10提供纖維生產的另一實施例。

如將被了解，該等圖面係不須被按一定比例描畫或意欲將所主張之發明限制於所示的特定組構。例如，雖然一些圖面大致上指示直線、直角、及平滑表面，電晶體結構之實際實施可具有較不完美的直線、直角，且一些部件可具有表面布局或在其他情況下為非平滑的，給與所使用之處理設備及技術現實世界的限制。總之，該等圖面僅只被提供來顯示範例結構。

於一態樣中，織物被提供，其包含可被使用在衣服、鞋襪、室內裝飾品及傳統的編織及非編織織物被使用之其他應用的電子功能性。該織物可包含可撓的電功能化纖維，其對該織物賦予電子功能性，而不會不利地影響該織物的外觀及/或感覺。該可撓的電功能化纖維可被直接地編織成織物，如以紡織纖維所做成。該等可撓的電功能化纖維可併入傳統天然或人造纖維，以便與可被使用來形成該織物之大部分的其他纖維混合。該等可撓的電功能化纖維可包含電活性及非電活性材料之同軸層。該等可撓的電功能化纖維可包含特定的電子特色及能力，諸如低電阻導 體、壓電電阻材料、壓電發光材料、及高電容材料。藉由將這些可撓的電功能化纖維併入織物，該等織物可變成功能化電子裝置。譬如，該等織物可包含電路、開關、光源、控制器、感測器、天線、發送器及電源。該電功能化織物可被使用在諸如衣服、鞋襪、外衣、室內裝飾品及休閒商品諸如運動用品、露營材料、及划船設備的製成品中。該等織物能提供各種新的功能性，而不會影響該等製成品之美觀性，且於一些案例中，可為與由傳統織物所製成之商品不能區別的。

功能化纖維

於一組實施例中，可撓的電功能化纖維被提供，其能被編織成可撓的基材、諸如織物。如於此所使用，可撓的功能化纖維(在所有方面為“功能化纖維”)係人造纖維，包括至少三或更多不同材料層，其中該等不同的材料呈現不同的電特徵。該功能化纖維可包含規則的內嵌結構，以提供用於高速互連件之低電容及低電阻。該功能化纖維可包含二或更多同軸層，該等同軸層可為例如導電或不導電的。於很多實施例中，多數薄材料層能比較少、更厚的材料層提供較大的可撓性。如於圖1A及1B中之截面視圖所示特定實施例中所說明，功能化纖維10能包含芯部20；第一導電層30；內部絕緣層40；第二導電層50；及外部絕緣層60。

芯部20可為細薄及可撓的，提供用於能被編織成織 物之功能化纖維。於一些實施例中，該芯部之截面可為譬如實質上圓形的，並可具有譬如由10奈米至100微米、10奈米至10微米、或100奈米至10微米之平均直徑。該芯部之直徑可沿著其長度有達>2、>5或>10之因數的不同變化。於其他實施例中，該芯部可沿著其長度具有一致的直徑，其不會變化達超過譬如50%、20%、10%或1%。該功能化纖維可為輕易可彎曲的，類似於天然或合成之非電功能化纖維。譬如，於此所敘述之功能化纖維可呈現少於2毫米、少於1毫米或少於0.5毫米的天然彎曲半徑。電功能化纖維之天然彎曲半徑係該纖維能被捲繞而不會失去其意欲之電能力的最小圓柱體之半徑。用於可撓性，類似於紡織纖維被評估的方式，功能化纖維之可撓性亦可被機械地評估。譬如，於一些實施例中，功能化纖維能呈現比尼龍纖維之可撓性較大(更為可撓)的可撓性(I/MR)，該尼龍纖維之直徑等於、或1.1X、1.2X、1.5X、2.0X或3.0X該功能化纖維之直徑。芯部20可為由導電或不導電材料所製成，且於所示實施例中為不導電的。該芯部可為由紡織纖維所製成。如於此所使用，“紡織纖維”係傳統上被使用於製成編織或非編織織物的天然或人造纖維。紡織纖維典型不會呈現電功能性，雖然它們可呈現電性質。示範的天然材料包含諸如棉花、纖維素、亞麻與大麻之植物纖維、以及諸如羊毛及絲綢之源自動物的纖維。示範的合成材料包含聚合的及非聚合的材料。示範的聚合物可為諸如聚乙烯及聚丙烯之聚烯烴及諸如聚氯 乙烯的鹵化聚合物。額外之示範合成物包含那些被使用於纖維及織物的材料、諸如人造絲、尼龍、丙烯酸、聚酯、醯胺、碳纖維及玻璃。於一些實施例中，該芯部可為空的，提供一中空芯部之功能化纖維。於其他實施例中，該芯部在室溫可包括或本質上由諸如液體或氣體之流體所組成。液體之芯部在吸收及運送熱上可為有效率的，並可為一呈現高比熱、諸如大於0.5cal/g℃、大於0.80cal/g℃、大於0.9ocal/g℃、或大於0.95cal/g℃的物質。適當之液體的範例包含水性成份，諸如水及水/乙二醇混合物。非水性範例包含譬如低毒性、高閃點材料諸如乙二醇、及植物油。

於另一組實施例中，芯部20能包括可為導電或不導電的凝膠或泡沫。

按照一些實施例，導電層30及50能為可撓的、易延展及/或導電的，並能包括呈現例如少於10^-2歐姆．米、少於10^-4歐姆．米、少於10^-5歐姆．米、少於10^-6歐姆．米、少於10^-7歐姆．米、少於2.0x10^-8歐姆．米、或少於1.7x10^-8歐姆．米的電阻係數值之材料。該導電材料可為金屬或非金屬，並可包含聚合材料。為此目的，用於一給定之應用，具有合適之電導性程度的任何材料能被使用於該等導電層30及50。示範金屬包含譬如銀、銅、金、鋁、鉑、鉛及鐵。該導電材料亦可為合金或可為加入摻雜劑之金屬。該等導電材料可使用習知將傳導性薄膜施加至基材的方法被應用當作薄膜。如果為聚合物，該導電 材料可包含摻雜劑或添加劑、諸如碘或碳黑。於一些實施例中，該導電層可為半透明或透明的材料。這些材料包含譬如透明之導電氧化物(TCO)、諸如摻雜錫之銦氧化物、摻雜鋁的鋅氧化物(AZO)及摻雜銦之鎘氧化物。透明或半透明的聚合材料包含譬如含有噻吩之聚合物、諸如聚3,4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)、具有聚苯乙烯磺酸(PSS)的PEDOT、及聚4,4-雙噻吩環戊烷二辛酯〔poly(4,4-dioctylcyclopentadithiophene)〕。於一些實施例中，一或多個導電層30及/或50能包括或本質上由導電泡沫或導電凝膠所組成，因這些材料能提供譬如可撓性及電導性兩者。

於一些實施例中，在橫向截面中，導電層30及50實質上可為圓形及可具有由10奈米至100微米、100奈米至10微米、或100奈米至100微米之平均直徑。第一導電層30或第二導電層50對芯部20之直徑的比率可為譬如大於1.5：1、大於或等於3：1、大於或等於5：1、大於或等於10：1、大於或等於50：1、或少於100：1。第二導電層50之直徑對第一導電層30的直徑之比率可為譬如大於或等於1.5：1、大於或等於2：1、大於或等於3：1、大於或等於10：1、大於或等於50：1、或少於100：1。每一導電層30及50的壁面厚度可為譬如少於100微米、少於10微米、少於1微米、少於100奈米、少於10奈米或大於1奈米。

該內部絕緣層40能包含譬如低k可撓的介電材料、 或任何能夠提供該想要之可撓性及絕緣效果的另一合適之介電材料，包含高k介電質以及具有一與二氧化矽同樣的介電常數之介電材料。於一些實施例中，該等材料可呈現譬如少於3.9、少於3.5、或少於3.0的介電常數(k)。該介電層40之截面實質上可為圓形，且該層比較於第一導電層的直徑之比率可為少於或等於3：1、少於或等於2：1、少於或等於1.5：1、少於或等於1.2：1，並可為大於或等於1.01：1。介電層40能具有譬如少於100微米、少於10微米。少於1微米、少於100奈米、少於10奈米、少於5奈米或大於或等於1奈米的壁面厚度。介電層40可為由包含多小孔二氧化矽及摻雜以氟及/或碳之二氧化矽的材料所製成。其他示範的介電材料包含聚合物介電質，包含旋塗式有機聚合介電質、諸如氫基倍半矽氧烷(HSQ)及甲基倍半矽氧烷(MSQ)、聚醯亞胺、聚降烯、苯環丁烯、及PTFE。額外之示範聚合介電質可為由環狀碳矽烷所製成。高k介電材料之範例包含例如氧化鉿、氧化矽鉿、氮化鉿矽酸鹽、氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化鋯、氧化矽鋯、氧化鉭、氧化鈦、氧化鈦鍶鋇、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉭、及鉛鋅鈮酸鹽。該介電質可為多小孔或非多小孔的。大致上，孔隙度可被供應當作控制該想要之k因數的方式(增加的孔隙度可被使用於造成該層的介電常數中之減少)。

最外層60能為可撓的、易延展及/或電絕緣的。於一些實施例中，層60可為不透明、半透明或透明之任一 者。該層能包含聚合材料，本質上能由聚合材料所組成或可為一專有的聚合材料。示範聚合物可包含譬如諸如聚乙烯及聚丙烯之聚烯烴與諸如聚氯乙烯及PTFE的鹵化聚合物。額外之示範聚合物包含諸如人造絲、尼龍、丙烯酸、聚酯及醯胺的材料。外層60可完全地覆蓋導電層50，且於截面中實質上可為圓形。於一些實施例中，層60可具有譬如少於500微米、少於100微米、少於10微米、少於1微米、少於100奈米、少於10奈米、或大於1奈米之壁面厚度。用於組織或美觀的理由，外層60可包含天然材料。外層60亦可包含添加劑、諸如顏料、染料、抗氧化劑及/或抗紫外線劑，且亦可包含用於造成該層與染料更相容的添加劑。層60可譬如藉由臭氧或另一氧化劑被處理，以改善與染料或墨水之相容性。以此方式，該功能化纖維可使用類似於那些使用在傳統纖維的方法而被著色。如果該功能化纖維被使用於包括諸如棉花之天然纖維的織物中，該功能化纖維的外層60可為親水性材料、諸如人造絲，其將接受許多被使用於彩色棉花之染料。這樣一來，包括天然纖維及功能化纖維兩者的織物可被平均地染色，於該織物中混合該功能化纖維與該天然纖維。於其他實施例中，疏水性材料係較佳的。當被併入織物時，特定的功能化纖維色彩能被使用於辨識或用於美觀之目的。該外層60可保護該纖維免於遭受熱及濕氣，並能允許使用該纖維所製成之織物被洗滌，而不會損壞該纖維之功能性。

如在圖2A所說明，按照一些實施例，於此所敘述之功能化纖維可被使用於雙絞線組構中。雙絞線組構之使用能有助於達成低電阻，同時維持該複合線100的高可撓性。譬如，於一實施例中，平行地連接之毗鄰的互連件之多數雙絞線能減少串聯電阻。雙絞線組構亦可被使用於減少在該功能化纖維內行進的信號之串音。如於此所使用，複合線係包含超過一種纖維的線。雖然該說明圖顯示二雙絞線110a、110b及120a、120b，任何數目之雙絞線能被一起使用。譬如，複合線100可包含一、二、三、四、五、六或更多雙絞線。圖2B說明併合複合線200之實施例。併合複合線200可包含電功能化雙絞線210a及210b以及紡織纖維雙絞線220a及220b。功能化纖維對傳統纖維之比率能變動及可視譬如該併合複合線200所想要之功能性的數量或天然感覺、外表及質感的數量而定。於其他實施例中，短的非功能化纖維、諸如棉花、羊毛或聚酯線可被混合進入圖2A及2B之複合線。這些短纖維實質上可相對複合線100或200之軸心被橫向地定位。該等短纖維可藉由將它們保留於製成雙絞線的個別功能化纖維之間或在該等雙絞線本身之間而被固持在適當位置中。這些橫向纖維可向外地延伸2、3、5或10倍該線或纖維的直徑。在該顯微鏡之下，這些線可顯現如毛蟲或“毛根”狀，該等非功能化纖維之端部由線100或線200的軸心徑向地延伸。此組構能提供用於一獨特之組織或美觀的外觀，而不會硬化該併合複合線。

可撓的互連件

圖3提供一併入特定之電子功能性的功能化纖維實施例之縱向截面視圖。功能化纖維300能使用連續式技術被生產。類似於圖1A-B所示之功能化纖維，功能化纖維300包含芯部320、第一金屬(或其他)導電層330、介電層340、第二金屬(或其他)導電層350、及外層360。該纖維中之高電容材料的使用能提供能量容量，且此能量容量能譬如藉由使用功能化纖維之雙絞線所增加。如圖3所示，介電層340可為不連續的，且能被用於該功能化纖維之一或更多部分的壓電功能化層370所替代，以致該壓電功能化材料係與藉由該等導電層330及350所形成的兩端部上之互連件電串聯。壓電功能化層370可為譬如壓電材料或壓電發光材料，並可被內嵌於導電層330及350間之電容中。大致上，此等以壓電為基礎之材料係傳感器。尤其，壓電材料將壓力或觸控轉換成電信號，且壓電發光材料將壓力或觸控轉換成光信號。按照本發明的一些實施例，該結果之電/光信號能被分別使用於各種電及光學電路中。包含諸如壓電裝置及壓電發光裝置之傳感器的功能化纖維能形成使用者介面之一部分。於一些實施例中，該使用者介面可被編織成織物，並可為與微處理器或其他電子裝置相通訊。於該等功能化纖維中之壓電裝置能具有輸入裝置的作用，並可對人類之觸控作出回應，譬如藉由輸出一對應的信號。以類似方式，壓電發光裝置能對 使用者觸控作出回應而提供呈可見光之形式的輸出。於其他實施例中，其他型式之輸入及/或輸出裝置可被併入功能化纖維，其被編織成織物。以此揭示內容之觀點，極多使用者介面應用將變得明顯。

該壓電材料可為有機或無機的，且能包含譬如石英、聚偏二氟乙烯(PVDF)、磷灰石、氮化鋁、酒石酸鉀鈉、鋯鈦酸鉛、氧化鋅合成物、鈦酸鋇、鉭酸鋰、矽酸鑭鎵、鐵酸鉍、鉭酸鉛鈧及磷酸鎵。壓電發光材料之範例包含鹼鹵化物、鐵電聚合物及石英材料。於一些實施例中，該壓電或壓電發光材料能為可撓的。於這些實施例中，諸如聚合物(例如PVDF)、鋯鈦酸鉛及氧化鋅合成物之材料可為較佳的。於一些實施例中，包含如於此所敘述之壓電功能化材料的功能化纖維可被編織成織物及形成雙絞線，如於圖2A及2B中所示。

壓電功能化材料能提供具有功能性之功能化纖維，其允許該等功能化纖維對壓力作出回應。譬如，編織成襯衫的壓電功能化纖維能具有藉由壓按或彎曲該織物之包含該壓電功能化部分的部分來啟動一開關之作用。藉由監視該電功能化纖維的端部間之電阻(例如經由該等導電互連部分330及350)，吾人在與該纖維串聯的壓電材料已被啟動時能夠偵測。其結果是視所使用之壓電活性材料的型式而定，電阻可增減。如果超過一個與纖維串聯之壓電裝置被啟動，電阻中之變化將成比例地較大。以此方式，吾人能偵測在該纖維(或織物)的一小部分之上的壓力及在該 纖維的一較大部分之上的壓力間之差異。例如，由於較大數目的壓電裝置上之壓力接觸，推在一纖維上之手指及推在相同纖維上的手間之差異可為藉由電阻中的較大變化所偵測。該織物之活性部分可藉由顏色或其他標記所辨識，但於一些實施例中係不可視覺辨識的或以別的方式強調，且能與該織物之其餘部分混合。

於一些實施例中，包含壓電功能化材料的功能化纖維可為具有一致之直徑遍及其長度。功能化纖維之包含壓電功能化材料的部分能具有與該功能化纖維之包括互連件的部分相同或類似之直徑。功能化纖維之壓電活性部分的長度可被選擇，以在被啟動時引出一可偵測之反應。於一些案例中，該壓電活性部分之長度可例如落在一範圍內，該範圍具有10奈米、100奈米、1微米、10微米、100微米、或1毫米的下限、及1微米、1毫米、1公分或10公分的上限。於該壓電活性部分係不可撓的實施例中，比於其他應用中，該部分可為較短的。例如，該壓電活性部分之長度可為少於1毫米、少於100微米、少於10微米、或少於1微米。多數壓電活性材料可在一致及/或變動的間隔沿著該纖維形成於功能化纖維中。譬如，1毫米長度的壓電功能化材料可在1公分的間隔沿著該纖維形成於功能化纖維中。規則之間隔能沿著該功能化纖維被應用在任何地方，藉由譬如人類之拇指或手指或手，至少一壓電功能化部分將被啟動。

於一些案例中，壓電功能化材料不能在被啟動之後自 動自發地返回至其最初狀態，藉此有效地提供一記憶體單元。該單元之值可使用該導電互連件330及350被讀出，並可為例如基於該壓電功能化材料之電阻狀態(例如高電阻值可為邏輯1，且低電阻可為邏輯0，假設為二進位系統)。為重新設定這些材料，電荷或電流可被施加至該功能化纖維，以重新設定或重新啟動該等壓電零組件。以此方式，該功能化纖維能被反覆有效地編程及未編程。包含壓電發光裝置的功能化纖維可被以類似方式使用，除了該輸出信號為光以外。於該輸出信號為光之實施例中，該光可為例如於該可見光範圍、該紅外光範圍或該UV範圍中。

此外，包含壓電發光裝置的功能化纖維可被使用於衣服中，以通知該使用者：至內嵌在該織物內之電子元件的想要之使用者控制輸入已被接收、或充分之電荷係可用的，以對此內嵌之電子元件供電或將使用者輸入儲存於該內嵌之電子元件的已接收資料而以光學為基礎之記憶體單元中。以此揭示內容之觀點，極多其他應用將變得明顯。譬如，包含壓電發光裝置的功能化纖維可被使用在及/或於汽車及/或試驗模型人中，以指示於測試碰撞期間所發生之撞擊點。用於一或多個隨後之測試，該發光裝置能接著被重新設定。類似實施例能在意外期間被使用於辨識應力點，用於譬如為受難者提供直接援助及治療作用之目的。其他照明裝置能被使用，並可包含譬如發光、電場發光及電致磷光裝置、諸如發光二極體(LEDs)。譬如，諸如 記憶體及感測器之光學電路可被以此等織物內嵌式電路實施。

圖4提供按照另一實施例併入特定電子功能性的功能化纖維之縱向截面視圖。功能化纖維400係類似於功能化纖維300(除了該功能化纖維400係非連續式及藉由將個別片段402、404及406接合在一起所製成以外)。片段402及406兩者係互連件，而片段404係壓電活性片段。類似於圖1A-B所示之功能化纖維，功能化纖維400包含芯部322、第一金屬(或其他)導電層332、介電層342、第二金屬(或其他)導電層352、及外層362。如圖4所示，介電層342可為非連續式及能被用於該功能化纖維之一或更多部分的壓電功能化層372所替代，以致該壓電功能化材料係與藉由該等導電層332及352所形成的兩端部上之互連件電串聯。壓電功能化層372可為譬如壓電材料或壓電發光材料，並可被內嵌於導電層332及352間之電容中。相對於壓電功能化層材料之先前相關討論在此係同樣地適用的。

功能化方格網

於此所敘述之電功能化纖維可被形成為二維方格網、諸如於圖5中所提供的概要圖中所示。所示實施例描述電功能化方格網510，其包含一系列直立導向之功能化纖維520及一系列水平配置的功能化纖維530。如所示，該等直立纖維被定位在該等水平纖維的頂部上之一平面中，而 該等水平纖維係於第二平面中，但於其他實施例中，該等纖維可被交織在一起(譬如看圖7)。例如，纖維亦可被配置在其他角度、諸如對角線地相對水平面在45度，且亦可被彎曲。於所示實施例中，該等水平功能化纖維530係一系列互連件，且包含無電裝置。這些水平纖維530能被使用於承載電流或控制信號，且於所示實施例中呈現圖1A-B所示之示範結構。直立纖維520可包含電子裝置、諸如壓電裝置542或壓電發光裝置544。纖維520可每纖維包含0、1、2、3或更多電子裝置，且該等裝置之每一者的功能可為相同或不同的。該等功能化裝置可被均勻地隔開或可在不同間隔或在策略上於一圖案中被隔開，以形成例如壓敏式開關區域或壓敏式照明區域。於一特定應用中，纖維之功能化方格網能被用作一觸控介面，以與被整合在該織物內或以別的方式藉由該使用者所承載之計算裝置通訊。於一些此等案例中，該功能化方格網可接收使用者接觸，且回應於該接觸，經由在該功能化方格網內所實施之電磁(及/或光磁)通訊通道，將電磁(及/或光磁)信號直接地提供至計算裝置輸入、或至遠端計算裝置。

圖6A提供諸如於圖5所示方格網之較接近視圖。如能被看見，此示範方格網包含直立功能化纖維620及水平功能化纖維630。於所示實施例中，該水平及直立功能化纖維包含電裝置640、642、644、646及648。譬如，這些裝置可為諸如壓電裝置及壓電發光裝置的傳感器、或電 容器。它們可經由諸如650及652之互連件被連接至其他裝置、電路、開關或連接器。如圖6A所示，一裝置644可直接地重疊第二裝置646。於此一實施例中，該等裝置可為相同或不同的。例如，裝置646及裝置644兩者可為壓電功能化裝置。這些裝置可被使用來啟動二不同功能或可被用作彼此之備用裝置及/或在其他情況下可啟動該相同之功能。譬如，以手指或拇指在併入功能化方格網的織物上之壓按可提供不足夠之特定壓力，以使該裝置變形，尤其當該織物係抵靠著諸如人類皮膚之柔軟、韌性的材料時。藉由折疊在該等裝置上，該等交叉裝置間之一小接觸點被提供，且寬廣地施加至圓形區域660的力量將被集中在該二裝置之接觸點，提供使裝置644、646的任一者或兩者變形之增加的或然率。以類似方式，使用總共八個壓電裝置，較大敏感性之區域可例如藉由在正方形的四角落複製裝置644及646之配置被製成。一種此正方形(在該圖面中未顯示壓電裝置)係藉由虛線圓670所指示。如果壓力接著被施加於藉由670所指示的寬廣圓形面積中之任何位置，該等裝置之至少一者係有可能被變形至其可被偵測及選擇性地被使用於啟動一預定功能的程度。如以此揭示內容之觀點將被了解，該方格網亦可包含佔據該等功能化纖維之間的紡織纖維。

圖6B提供一能使用諸如圖6A所示方格網被實施的特定實施例之概要圖。例如，於一實施例中，裝置684a及684b能對應於圖6A的截面圖中之裝置644及646。類 似地，於此特定實施例中，圖6A中之互連件620及630係藉由互連件690、692、694及696所代表。當裝置684a及684b係在平行之電路中時，任一裝置或兩裝置的啟動能越過接點656a及656b被偵測。譬如，如果684a及684b係壓電裝置，任一裝置、兩裝置的物理啟動能藉由越過接點656a及656b的電阻中之變化所偵測。如此，如果裝置684a及684b代表來自圖6A之實施例的壓電活性裝置644及646，壓力之施加至面積660(圖6A)將越過接點656a及656b造成一可偵測的變化，不論裝置644是否被變形、裝置646是否被變形、或裝置644及646是否被變形。於另一實施例中，電信號可被施加至接點656a及656b之任一者或以別的方式越過接點656a及656b，以啟動電裝置684a及684b。如在此所使用，啟動一裝置684a-b可包含譬如在該裝置中儲存一電位、使該裝置之連接點偏壓、在該裝置中造成轉換效應(例如將信號轉換成光、將信號轉換成壓力、將信號轉換成震動、將信號轉換成運動等)。為此目的，裝置684a及684b可為譬如電容器、可變電阻器、壓電裝置、壓電發光裝置、LED、電晶體、或具有一或多個電活性連接點、傳感器或感測器(例如電光傳感器、以壓電為基礎之傳感器、以MEMS為基礎的感測器)的其他主動裝置、或能夠在功能化纖維之情況下使用諸如參考圖8所敘述之示範階梯式加工製程所形成的任何其他電子裝置。

圖6C提供能使用諸如圖6A所示方格網被實施的另 一特定實施例之概要圖。例如，於一實施例中，裝置686a及686b能對應於圖6A的截面圖中之裝置644及646。類似地，於此特定實施例中，圖6A中之互連件620及630係藉由互連件697、698及688所代表。於此實施例中，當裝置686a及686b係電串聯時，任一或兩裝置之啟動能越過接點658a及658b被偵測。如此，如果壓電活性裝置686a或686b係變形，該物理之變化可被電偵測。例如，當裝置686a或裝置686b之任一者係變形時，電阻中之類似變化可越過接點658a及658b被偵測。於另一實施例中，如果裝置686a及686b兩者係同時期地藉由變形所啟動，例如，越過接點658a及658b的電阻中之增加的變化能被偵測，指示不只一個、而是兩個(於類似實施例中或三個、四個或更多個)壓電活性裝置已被啟動。如此，如果裝置686a及686b代表來自圖6A之實施例的壓電活性裝置644及646，壓力之施加至區域660(圖6A)將越過接點658a及658b造成可偵測的變化，不論裝置644是否變形、裝置646是否變形、或裝置644及646是否變形。於裝置644及646被變形的案例中，電活動(例如電阻)中之被偵測的改變可為較大的、譬如兩倍大，好像僅只該等裝置之其中一者被變形。此方案可被併入例如諸實施例中，在此對於得知已被壓力啟動的織物之一區域的尺寸(例如長度、高度、寬度、面積)係有用的。於另一實施例中，電信號可被施加至接點658a及658b，以啟動電裝置686a及686b。相對於啟動一裝置及裝置型式的 先前討論係同樣地可適用於此。

除了該直立纖維620及水平功能化纖維630被編織在一起以外，圖7顯示一類似於圖6A中所說明者之實施例。以此方式，該水平及直立的纖維不是於不同平面中，反之相對於在該頂部及底部層上之定位交錯。極多編織圖案能被使用，且所主張之發明係不意欲受限於任何特定者。任何數目之非功能化纖維(諸如紡織纖維)可隨同該功能化纖維被編織，以形成一織物。如此，藉由質量或藉由表面積，該織物可為100%功能化纖維、50至100%功能化纖維、20至50%功能化纖維、10至20%功能化纖維、5至20%功能化纖維、1至10%功能化纖維、1至5%功能化纖維、0.1至5%功能化纖維、0.1至1%功能化纖維、或由大於0至0.1%的功能化纖維。類似地，藉由重量或藉由表面積，該織物可含有大於50%、大於75%、大於90%、大於95%、大於99%、或大於99.9%紡織纖維。使用編織功能化織物的實施例可包含該等相同之裝置、諸如壓電及壓電發光裝置，如使用分層式功能化方格網的實施例所做一樣、諸如在上面及於圖6A中所敘述者。

電功能化方格網、諸如於圖6A及7所示者能被附著至可包括紡織纖維的織物或與該織物交織。功能化方格網可為暫時地或永久地附著至織物之表面。附著之方法包含譬如黏接劑、諸如壓敏式黏接劑、熱熔化黏接劑、及輻射硬化黏接劑；熱接合、於層疊材料的額外層間之層疊、及編織。於一實施例中，功能化纖維之端部(譬如620、 650)能形成翼片，其可被彎曲至約90度、伸入一織物、且接著被向後彎曲約180度至其本身上，以將該方格網鎖固至該織物。方格網之移除能藉由不彎曲該等翼片及顛倒該程序所達成。

於功能化方格網係完全與紡織織物編織的實施例中，該等組成物可被以各種方式整合。譬如，紡織織物能被編織成一預先存在的功能化方格網，該功能化方格網能被編織成一預先存在的紡織織物，或功能化纖維可與紡織纖維交織，以生產一混合型編織織物，其中功能化纖維及紡織纖維被編織在一起。因在此中所敘述之許多功能化纖維呈現類似於紡織纖維的性質(例如可被纏繞至線軸上)，該二型式之纖維亦可譬如使用該紡織技藝中習知的編織技術、諸如在織布機上編織而被編織在一起。

除了二維編織及非編織方格網以外，功能化纖維可被形成為三維結構。譬如，如圖5所示之方格網的六個正方形可在堆疊形式中連接在一起，以便可形成一立方體。類似地，纖維可被編織或以別的方式形成球體或不規則塑形之物件。這些三維結構也同樣可包含非功能化纖維。

製造方法論

於此所敘述之電功能化纖維可使用各種方法被生產，包含連續式製程及批次式製程。連續式製程的一實施例被概要地顯示於圖8中。於製程800中，起始纖維係由纖維來源810所提供。該纖維將變成該功能化纖維之芯部及可 為天然或人造纖維、諸如棉花、絲綢或聚酯。起始纖維810不須為導電的，且於一些實施例中亦能為可犧牲的(在此其於該功能化纖維的形成之後被燃燒或以別的方式移去)。當纖維810係經由812進給及拉經最初塗覆裝置820時，其能被塗覆以第一導電層、諸如金屬或導電聚合物。合適之塗覆方法包含譬如化學蒸氣沈積(CVD)及原子層沈積(ALD)。該沈積製程能譬如藉由調節待沈積之材料的供給或藉由調整該纖維被推進經過塗覆裝置之速度而被控制。該纖維可對於其整個長度被均勻地塗覆，或對於該纖維之各部分，該塗覆厚度能被變動、或甚至消除。如果需要額外之層厚度，該纖維能經由824通過塗覆裝置820一或更多額外之次數。當該第一金屬包覆料具有適當厚度時，該纖維能經由822從塗覆裝置820通過至第二塗覆裝置830。第二塗覆裝置830使用譬如CVD或ALD施加一層絕緣材料(例如低k、高k、二氧化矽等)。該包覆料可沿著該纖維或各部分被均勻地施加，絕緣體/介電材料之空隙能以預定間隔被留下，或如以別的方式所想要者。於一稍後步驟中，該等空隙部分可被塗覆以電活性材料、諸如壓電材料。另一選擇係，該壓電材料(或另一電活性材料)可在第二塗覆裝置830中與該絕緣層被施加同時地被施加。譬如，第二塗覆裝置830能被程式設計，以在單程期間於該纖維上之相同層中施加絕緣材料及壓電材料的交替部分。該纖維可採取多程經由834通過塗覆裝置830或可為經由836通過回至第一塗覆裝置820。如以此 揭示內容之觀點將被了解，圖8之製程亦可被建構來修改快速通過時的材料沈積，以譬如視被使用於該等導電層間之介電材料的厚度及/或型式而定，在該纖維上建立高電容及低電容區域之交互層。於另一實施例中，第二塗覆裝置830能藉由諸如浸入或噴灑之方法施加譬如低k聚合物(或對於給定應用具有合適的介電常數之另一聚合物)的預聚物。添加劑可被包含在該預聚物中，以充份利用該第一導電層的特定表面能量，以致預聚物之想要厚度經由表面張力被保留在該纖維上。該纖維之各部分可接著藉由譬如UV輻射被選擇性地硬化。預聚物之未硬化部分可被洗滌、蒸發、或以別的方式由該纖維移去，以生產各部分，該等部分係低k聚合物之空隙。於第三塗覆裝置840中經由832，這些空隙部分能接著譬如被塗覆以一電功能化材料、諸如鐵電聚合物。纖維可為經由844通過塗覆裝置840多次。

在該纖維的第三層係完成之後，其能包含譬如低k材料、諸如壓電材料的電功能化材料、或每一材料之線性部分。該纖維可接著被拉經第三塗覆裝置840，其能施加第二導電層。施加之方法可為與那些被使用於在塗覆裝置820中施加該第一導電層相同或不同的。至於塗覆裝置820，該纖維可被經由844通過第三塗覆裝置840一次、二次、三次、或更多次。

在該第二導電包覆料已被施加之後，該纖維能被從塗覆裝置840經由842或直接地從塗覆裝置830經由838通 過至塗覆裝置850。最後之塗覆裝置850能施加一絕緣包覆料、諸如聚合物。該聚合物譬如聚氯乙烯(PVC)可使用任何合適的傳統方法被施加。該聚合物可為與紡織纖維混合，以提供具有紡織纖維的外表及感覺之包覆料。該聚合物可包含一顏料，以提供顏色，或可為半透明或透明的。在該絕緣包覆料已被施加之後，該包覆料可在二次操作中被處理、諸如臭氧處理，以使得該包覆料對染料更可修正，該等染料可在纖維已被編織成織物之後被施加至該纖維。

在該包覆料已被施加之後、或在製程800期間的任何另一點，該功能化纖維可被儲存在線軸上。在完成之後，該功能化纖維能經由852被通過至編織裝置860，在此其可隨著藉由纖維來源870所提供的紡織纖維經由872被併入一織物。該功能化纖維傳統上可與紡織纖維被編織成電功能化織物或可被生產為電功能化非編織織物。該織物中之功能化纖維可形成一電路，且該織物亦可併入微處理器。如此，該織物能包含微處理器、電源、開關、諸如壓電裝置之輸入裝置、及諸如壓電發光裝置的輸出裝置。該織物可經由路徑862被運送至著色裝置880，用於在其已於製程860中被形成織物之後染色及/或印刷。另一選擇係，纖維可於被併入該織物之前染色。於很多案例中，該電功能化織物傳統上可被洗滌，而不會損壞該織物之功能性。

於另一組實施例中，多層電功能化纖維能使用一擠出 製程被生產。圖9說明一製程，藉此坯料912係經過擠壓機910擠出，以生產可撓的電功能化纖維914。坯料912能包含任何層數。如圖9所示，坯料912包含芯部920、導電層930、介電層940、第二導電層950、及外塗覆層960。坯料912被放置於擠壓機910中，在此熱、壓頭、及牽引壓力之任何結合可被施加至該坯料。當該坯料被擠出經過模具928時，坯料912變成較長及較薄的合成物926，同時維持組成坯料912的材料之相同比例成份。該纖維之對應拉長部分變成芯部922、導電層932、介電層942、導電層952、及外層962。該模具可減少該坯料之直徑達超過2、3、5、10或更多的因數。合成物926可被牽引經過一系列漸進地較小的模具，直至想要厚度之可撓的電功能化纖維914被達成。例如，1吋直徑坯料可連續地被牽引直至少於10微米、少於5微米、少於1微米、或少於100奈米直徑的纖維。

包括特別坯料之層可為相容的材料，其在被強迫經過該模具時將不會剝落或分開。例如，該坯料之成份在該擠出發生的溫度應呈現類似展性。以此方式，每一層於該擠出製程期間將以類似方式變形，導致一纖維，其中鄰接層保持彼此接觸，且每一層的厚度係與該原始坯料中之其厚度成比例。於一實施例中，所有該等層包括聚合材料，且該等聚合材料可呈現類似的玻璃轉移溫度。例如，該坯料中之每一材料可具有在包括該坯料的其他材料之玻璃轉移溫度的100℃內、50℃內、或20℃內之玻璃轉移溫度。該 擠壓機910之溫度可對於特定坯料被最佳化，且於一些情況中可為大於100℃、大於200℃、大於300℃、或大於400℃。該擠壓機亦可在或在約該坯料之一或更多成份的玻璃轉移點被操作。

於一些實施例中，該等層的一或多層能被擠出經過模具928，且額外之層可使用諸如那些上述參考圖8所示製程之方法被加入。譬如，坯料可包括芯部920、導電層930、低k層940、及第二導電層950。在該坯料已被減少至適當尺寸設計的纖維之後，聚合物塗覆層960能使用傳統塗覆技術被施加。這允許包含較柔軟之包覆料(此一材料之模具擠出係不實用的)。

圖10描述類似於圖9中所示者之生產方法(除了該坯料之諸層的其中一者、於此特定實施例中為該介電層940、被不同材料所中斷以外)。坯料916包含芯部920、第一導電層930、介電層940、第二導電層950、及外層960。於所示實施例中，該額外之材料係壓電材料970。當被形成在坯料916中時，該壓電材料970可為一薄環形圓片，並具有實質上等於該絕緣體層940的外徑及內徑。該壓電材料可為譬如鋯鈦酸鉛。該結果之電功能化纖維914將包含該相同比率中之原始成份的每一者，但廣泛地變窄及拉長。譬如芯部920變成芯部922；導電層930變成導電層932；介電層940變成介電層942；第二導電層950變成第二導電層952；且外層960變成第二外層962。以與該原始坯料中所包含者相同之比率，鋯鈦酸鉛 插件970變成鋯鈦酸鉛插件972。因此，如果該鋯鈦酸鉛圓片970係該坯料之高度的1%，則功能化纖維914中之壓電成份972將形成該纖維的總長度之1%。額外層可在想要的位置被插入該坯料，並可為與該第一層970相同或不同。這些額外層、如鋯鈦酸鉛圓片970應是與其他坯料材料相容的，以致擠出不會導致該材料之分離或剝落。

於此所敘述之功能化纖維可被連接至彼此及至其他裝置與系統，以在其間達成電通訊。於一些實施例中，功能化纖維可使用一對齊融接製程被串聯地連接，導致如圖4所示之連接纖維。於其他實施例中，例如該芯部及該外包覆料的非電零組件之端部能被移去，且該剩餘之電零組件(例如該高電導性層及低k層或另一合適的導電/介電組構)可使用譬如熱、壓力、超音波或輻射被接合在一起。功能化纖維能譬如使用類似技術被連接至其他裝置、諸如微處理器、電池、天線、輸入裝置、及輸出裝置。

示範系統

如將被熟諳此技藝者所了解，在此中所敘述之可撓的纖維能與各種計算系統整合。於一些案例中，這些計算系統可為物理地及/或電子地連接至可撓的電功能化纖維。這些計算系統能包含主機板，且該主機板可包含許多零組件，包含、但不限於處理器及至少一通訊晶片，其每一者可被物理地及電力地耦接至該主機板、或以別的方式被整合在其中。如將被了解，該主機板可例如為任何印刷電路 板，不論是否為主板或被安裝在主板或系統的唯一機板上之子板等。視其應用而定，該計算系統可包含一或多個其他零組件，其可或未能物理地及電力地耦接至該主機板。這些其他零組件可包含、但不被限制於揮發性記憶體(例如DRAM)、非揮發性記憶體(例如ROM)、繪圖處理器、數位信號處理器、密碼機處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控螢幕顯示器、觸控螢幕控制器、電池、音訊編碼解碼器、視訊編碼解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速計、迴轉儀、喇叭、照相機、及大量儲存裝置(諸如硬碟、光碟(CD)、多功能數位碟片(DVD)等等)。被包含於該計算系統中之任何零組件可包含以如於此所敘述之低k介電質所實施的一或多個整合式電路。於一些實施例中，如果想要如此，多數功能可被整合進入一或多個晶片(例如，注意該通訊晶片可為該處理器的一部分或以別的方式整合進入該處理器)。該通訊晶片能夠無線通訊，用於將資料傳送至該計算系統及由該計算系統傳送資料。該“無線”一詞及其衍生詞可被使用來敘述電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等，其可經過調變電磁輻射之使用而經過非固態媒體來傳達資料。該名詞未隱含該等相關裝置不含有任何電線，雖然於一些實施例中它們可能未含有任何電線。該通訊晶片可實施許多無線標準或協定之任一者，包含、但不限於Wi-Fi(IEEE 802.11家族)、WiMAX(IEEE 802.16家族)、IEEE 802.20、長期演進技術(LTE)、Ev-DO、 HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、Bluetooth、其衍生者、以及任何其他被標示為3G、4G、5G及超過此範圍的無線協定。該計算系統可包含複數通訊晶片。例如，第一通訊晶片可被專用於較短範圍之無線通訊、諸如Wi-Fi及Bluetooth，且第二通訊晶片可被專用於較長範圍的無線通訊、諸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO及其他者。

該計算系統之處理器包含被封裝在該處理器內的積體電路晶粒。於本發明之一些實施例中，該處理器的積體電路晶粒包含以纖維為基礎的積體電路所實施之一或多個電晶體或其他積體電路裝置，如在此中所提供。該“處理器”一詞可意指任何裝置或裝置的一部分，其處理例如來自暫存器及/或記憶體之電子資料，以將該電子資料轉換成可被儲存於暫存器及/或記憶體中之另一電子資料。

該通訊晶片亦可包含被封裝在該通訊晶片內的積體電路晶粒。按照一些此等示範實施例，該通訊晶片的積體電路包含以如在此中所敘述之低k介電質所實施的一或多個電晶體或其他積體電路裝置。如以此揭示內容之觀點將被了解，注意多標準無線能力可被直接地整合進入該處理器(例如在此任何晶片之功能性被整合進入處理器，而非具有分開的通訊晶片)。進一步注意該處理器可為具有此無線能力的晶片組。總之，任何數目之處理器及/或通訊晶片能被使用。同樣地，任一晶片或晶片組能具有多數被整 合在其中之功能。

於各種實施中，該計算系統可為膝上型電腦、連網小筆電、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理器(PDA)、超行動PC、行動電話、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描器、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位相機、可攜式音樂播放器、或數位錄影機。於其它實施中，該系統可為任何另一處理資料的電子裝置，或採用可被以纖維為基礎之系統實施的電晶體裝置或其他半導體裝置。如以此揭示內容之觀點將被了解，藉由將這些產品併入可撓的電功能化纖維，本發明之各種實施例能被使用於改善在任何製程節點(例如於該微米範圍中、或次微米及超出)所製成的產品上之性能。

按照在此中揭示之一些實施例，本發明之態樣可於任何組合中包含例如一或多個以下元件。所提供之任何特色或範圍不會限制各種實施例的範圍。可撓的電功能化纖維能包括芯部、鄰接該芯部之第一導電層、鄰接該第一導電層的介電層、鄰接該介電層之第二導電層、及圍繞該第二導電層的絕緣包覆料，其中該可撓的電功能化纖維具有少於2.0毫米之天然彎曲半徑。該功能化纖維可具有少於10微米、少於5微米或少於1微米的平均直徑。

功能化纖維可具有少於1.0毫米、少於0.75毫米、或少於0.5毫米之天然彎曲半徑。該纖維之芯部可包括一或多個紡織纖維、天然纖維、液體、空隙、或聚合物。該功能化纖維能包含一或多個導電層，在此該等導電層包括譬 如金屬、聚合物或非金屬。該一或多個導電層可具有少於10^-4或歐姆米10^-7歐姆米的電阻。該介電層可具有少於3.9或少於3.0的介電常數，並可為半透明及可沿著該纖維之長度被中斷。

功能化纖維可包含輸入裝置、電源、記憶體單元、通訊通道、互連件、電容器、及/或輸出裝置。輸入裝置可包括壓電材料，且該壓電材料能被選自石英、聚偏二氟乙烯、磷灰石、氮化鋁、酒石酸鉀鈉、鋯鈦酸鉛、氧化鋅合成物、鈦酸鋇、鉭酸鋰、矽酸鑭鎵、鐵酸鉍、鉭酸鉛鈧及磷酸鎵之至少一者。功能化纖維亦可包含電源，其中該電源包括電容器。功能化纖維亦可包含一輸出裝置，其中該輸出裝置包括壓電發光材料，且該壓電發光材料可包括鹼鹵化物、鐵電聚合物及石英材料之至少一者。由功能化纖維所組成之層可具有少於1微米或少於100奈米的厚度。功能化纖維可為呈導體之雙絞線的形式，且該雙絞線能包含紡織纖維、功能化纖維或兩者。於包含功能化纖維及紡織纖維兩者的雙絞線中，該紡織纖維實質上能平行於該功能化纖維、實質上垂直於該功能化纖維延伸，且該紡織纖維可被保留於該等包括雙絞線的纖維之間。多數雙絞線可被一起使用。

編織或非編織織物可包含上面及在此中其他地方所敘述之一或多個功能化纖維。譬如，編織或非編織織物能包含紡織纖維。織物亦可包含實質上被定位垂直於第一功能化纖維的第二功能化纖維。該織物可具有重疊之第一及第 二功能化纖維。該等織物可包含觸控靈敏的壓電裝置、包括壓電發光裝置之輸出裝置、電源、或電容器。一織物可包含與該織物相同顏色的功能化纖維，且該功能化纖維可分開地或隨同該織物被染色。

生產可撓的電功能化纖維之方法能包含以下步驟的任一個或多個：以導電材料塗覆纖維芯部，以形成第一導電層；將介電材料施加至該第一導電層，以形成一介電層；將導電材料施加至該介電層，以形成第二導電層；及/或將外部包覆材料施加至該第二導電層，以生產該可撓的電功能化纖維。該等材料能使用連續式製程被施加，並可使用化學蒸氣沈積或原子層沈積被施加。該等層可在各種厚度被施加，該厚度不超過500奈米。任何導電材料可包括金屬或聚合物。該內層或芯部可為紡織纖維。導電材料之施加能於施加該介電材料之前被重複。該製程可於該塗覆或施加製程期間被變更，以提供具有高電容之部分及低電容的部分之可撓的電功能化纖維。介電層可被間歇地施加，以提供藉由無介電材料的部分所分開之介電層部分。與該介電材料不同的電活性材料能被施加在該第一導電層之各部分上，且這能於該芯部纖維之單程期間被做成。施加該介電層能包含將預聚物施加至該第一導電層及聚合該預聚物的至少一部分。預聚物之任何非聚合部分能被由該第一導電層移去，以生產無介電材料的部分，且電活性材料可被施加至無介電材料的部分。方法可包含譬如電活性材料之施加，該電活性材料包括壓電活性材料，其可為包 括壓電材料的壓電活性材料。該壓電活性材料可包含壓電發光材料。一方法亦可包含在塗覆或施加步驟的至少一者之後將該可撓的電功能化纖維捲繞在線軸上。任何外部包覆料可被處理，以使得其對染料更可修正。該方法亦可包含染色一可撓的電功能化纖維，且可撓的電功能化纖維可被編織成織物。該織物可被製成為譬如電功能化衣服、外衣、鞋襪、制服或室內裝飾品。於一些實施例中，該織物能夠被洗滌，而不會失去該織物之電功能性，且該織物可於水中遭受攪拌及在大於100℃下乾燥。

另一態樣包含生產可撓的電功能化纖維之方法，該方法包括以下之一或多個：形成一包括同心層的坯料，該同心層包含芯部、第一導電層、介電層與第二導電層；及強迫該坯料經過一模具，以生產該可撓的電功能化纖維，與該坯料作比較，該纖維具有縮小之直徑及增加的長度。坯料可被強迫經過縮減尺寸之多數模具，且該可撓的電功能化纖維能具有一直徑，其係少於該開始坯料之直徑的百分之一。該結果之電功能化纖維能電具有少於2.0毫米的天然彎曲半徑，且保護包覆料可在該坯料被強迫經過該模具之後被施加至該第二導電層。於一些實施例中，該坯料中之介電層能被不同材料的環件所中斷，該環件係電活性的，且其內徑及外徑實質上等同於該坯料中之介電層的內徑及外徑。該不同電活性材料之直徑對該坯料的長度之比率實質上係等同於該不同電活性材料的最後長度對該可撓的電功能化纖維之長度的比率。該不同電活性材料能包括 壓電活性材料。一方法可包含將熱施加至該模具，且於一些案例中，該坯料能被加熱至大約該芯部、該第一導電層、該介電層、或該第二導電層的至少一者之玻璃轉移溫度。

於另一態樣，使用者介面能包含上述織物之任一者。例如，該使用者介面可包含一具有壓電輸入裝置的織物，且該壓電輸入裝置可被內嵌在可撓的電功能化纖維中。

為著要說明及敘述之目的，本發明之示範實施例的前面敘述已被呈現。其係不意欲為詳盡的或將本發明限制於所揭示之精確形式。以此揭示內容之觀點，很多修改及變動係可能的。其係意欲使本發明之範圍不被此詳細敘述所限制，而是被至此所附之申請專利範圍所限制。

620‧‧‧功能化纖維

630‧‧‧功能化纖維

640‧‧‧電裝置

642‧‧‧電裝置

644‧‧‧電裝置

646‧‧‧電裝置

648‧‧‧電裝置

650‧‧‧互連件

652‧‧‧互連件

660‧‧‧圓形面積

670‧‧‧虛線圓

Claims (33)

1. 一種可撓的電功能化纖維，包括：芯部；第一導電層，圍繞該芯部；介電層，圍繞且直接接觸該第一導電層；功能化層，也圍繞且直接接觸該第一導電層，並緊靠著該介電層，以致於該介電層和該功能化層沿著該纖維的縱向長度占據不同的位置；第二導電層，圍繞該介電層和該功能化層；及絕緣層，圍繞該第二導電層。
2. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該介電層包括低k介電材料，該低k介電材料選自由多小孔二氧化矽、摻雜氟的二氧化矽、摻雜碳的二氧化矽、氫基倍半矽氧烷(HSQ)、甲基倍半矽氧烷(MSQ)、聚醯亞胺、聚降烯、苯環丁烯、PTFE、及環狀碳矽烷所構成的群組。
3. 如申請專利範圍第2項之功能化纖維，其中該功能化層包括低k介電材料，該低k介電材料選自由多小孔二氧化矽、摻雜氟的二氧化矽、摻雜碳的二氧化矽、氫基倍半矽氧烷(HSQ)、甲基倍半矽氧烷(MSQ)、聚醯亞胺、聚降烯、苯環丁烯、PTFE、及環狀碳矽烷所構成的群組，且一或多種功能化材料被嵌在該低k介電材料內。
4. 如申請專利範圍第2項之功能化纖維，其中該功 能化層包括高k介電材料，該高k介電材料選自由氧化鉿、氧化矽鉿、氮化鉿矽酸鹽、氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化鋯、氧化矽鋯、氧化鉭、氧化鈦、氧化鈦鍶鋇、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉭、及鉛鋅鈮酸鹽所構成的群組。
5. 如申請專利範圍第2項之功能化纖維，其中該功能化層包括壓電材料，該壓電材料選自由聚偏二氟乙烯(PVDF)、磷灰石、氮化鋁、酒石酸鉀鈉、鋯鈦酸鉛、氧化鋅合成物、鈦酸鋇、鉭酸鋰、矽酸鑭鎵、鐵酸鉍、鉭酸鉛鈧、及磷酸鎵所構成的群組。
6. 如申請專利範圍第2項之功能化纖維，其中該功能化層包括壓電發光材料，該壓電發光材料選自由鹼鹵化物、鐵電聚合物、及石英所構成的群組。
7. 如申請專利範圍第2項之功能化纖維，其中該功能化層包括壓電材料和壓電發光材料其中至少一者，且被建構用於使得電荷或電流可被施加至該功能纖維，以重置該功能化層和重新啟動該功能化層其中至少一者，提供給該功能化纖維的編程和未編程其中至少一者。
8. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該介電層和該功能化層包括相同的介電材料，且該功能化層另外包括功能化材料。
9. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該介電層和該功能化層包括不同的介電材料。
10. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該芯 部包括織物纖維、液體、和氣體其中至少一者。
11. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該芯部至少局部中空。
12. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該第一和第二導電層其中至少一者包括摻雜錫之銦氧化物、摻雜鋁的鋅氧化物(AZO)、摻雜銦之鎘氧化物、聚3,4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)、具有聚苯乙烯磺酸(PSS)的PEDOT、及聚4,4-雙噻吩環戊烷二辛酯其中至少一者。
13. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該第一和第二導電層其中至少一者具有少於10^-7歐姆米的電阻。
14. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該第一和第二導電層其中至少一者具有少於10^-4歐姆米的電阻。
15. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該絕緣層包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、PTFE、人造絲、尼龍、丙烯酸、聚酯、及醯胺其中至少一者。
16. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該纖維包括沿著該纖維之該縱向長度的複數交錯的第一和第二片段，該等第一片段包括該介電層，該等第二片段包括該功能化層。
17. 如申請專利範圍第16項之功能化纖維，其中該等第一片段和該等第二片段具有相同的長度。
18. 如申請專利範圍第16項之功能化纖維，其中該 等第一片段和該等第二片段具有不同的長度。
19. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該第一導電層、該介電層、該功能化層、該第二導電層、及該絕緣層的每一者具有少於1微米的厚度。
20. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該第一導電層、該介電層、該功能化層、該第二導電層、及該絕緣層的每一者具有少於100奈米的厚度。
21. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，其中該功能化纖維具有少於5微米的平均直徑。
22. 如申請專利範圍第1項之功能化纖維，另外包含與其絞合的織物纖維。
23. 一種裝置，包含：如申請專利範圍第1項所建構的功能化纖維；和輸入裝置、電源、記憶體單元、通訊通道、互連件、電容器、及輸出裝置其中至少一者，其操作性地耦接於該功能化纖維。
24. 一種功能化纖維之雙絞線，該等功能化纖維如申請專利範圍第1項所建構。
25. 一種編織或非編織織物，包含申請專利範圍第1項所建構之功能化纖維。
26. 如申請專利範圍第25項之織物，其中該織物被建構成觸控介面，其被建構用於和運算裝置相通訊。
27. 一種衣服，包含如申請專利範圍第25項的織物。
28. 一種碰撞測試模型人，包含如申請專利範圍第25項的織物。
29. 一種編織或非編織織物，包含：第一功能化纖維，其被建構成如申請專利範圍第1項所述；和第二功能化纖維，其被建構成如申請專利範圍第1項所述，其中該第一功能化纖維和該第二功能化纖維被定向成彼此實質地垂直。
30. 如申請專利範圍第29項之織物，其中該第一功能化纖維和該第二功能化纖維其中一者被建構用於承載電流和控制信號其中至少一者。
31. 如申請專利範圍第29項之織物，其中該織物被建構用於輸出電磁信號和光磁信號其中至少一者至通訊地耦接於該織物的運算裝置。
32. 一種電功能化纖維，包含：纖維芯部；和複數層，以同心配置的方式圍繞該纖維芯部，該複數層包括：第一導電層，圍繞該纖維芯部；介電層，沿著該纖維的長度圍繞該第一導電層的第一區域；功能化層，沿著該纖維的該長度圍繞該第一導電層的第二區域，以致於該介電層和該功能化層沿著該纖維的該長度占據不同的位置且彼此緊靠著，其中該功能化層 包括介電材料、壓電材料、和壓電發光材料其中至少一者；第二導電層，圍繞該介電層和該功能化層；及絕緣層，圍繞該第二導電層；其中：該功能化纖維具有少於5微米的平均直徑；和該複數層其中至少一層的厚度小於1微米。
33. 一種擠製胚料，包含：芯部；第一導電層，圍繞該芯部；介電層，圍繞該第一導電層的第一部分；功能化層，圍繞該第一導電層的第二部分，以致於該介電層和該功能化層沿著該擠製胚料的長度占據不同的位置，其中該功能化層包括介電材料、壓電材料、和壓電發光材料其中至少一者；第二導電層，圍繞該介電層和該功能化層；及絕緣層，圍繞該第二導電層。