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纤维|穿在身上的“显示器”

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【纤维|穿在身上的“显示器”】
纤维|穿在身上的“显示器”
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穿在身上的显示器 。 复旦大学供图
如果把人身上的衣服变成一个电子显示器 ， 可以产生哪些应用？比如 ， 是否有可能在衣服上直接浏览咨询、收发信息、实时导航？在极地科考、地质勘探等野外工作场景中 ， 只需在衣物上轻点几下 ， 即可实时显示位置信息；语言障碍人群能把显示器“穿”在身上 ， 作为高效便捷交流和表达的工具 。
这种天马行空的想象 ， 可能在不久的将来成为一种真实应用场景 。 3月11日 ， 复旦大学高分子科学系教授彭慧胜团队以“大面积显示织物及其功能集成系统”为题将其最新的成果在线发表于《自然》杂志主刊 ， 审稿人评价这项研究“创造了重要而有价值的新知识” 。 彭慧胜团队成功将显示器件的制备与织物编织过程融合 ， 实现了大面积柔性显示织物和智能集成系统的制备 。
在复旦大学实验室 ， 采访人员见到了这些会发光的丝线 。 这些直径不足半毫米的纤维材料颜色各异 ， 看上去与生活中的寻常纱线没有区别 。 但当它们通上电后 ， 就显示出了独特的一面——会发出明亮的光 ， 且可以控制 。
彭慧胜向采访人员展示了由这些丝线编织出来的“会发光的布料” 。 研究团队把这种布料做成手套 ， 使它成为一件闪闪发光的手套；把它镶嵌在复旦大学的校服里 ， 使得复旦大学的LOGO可以根据控制低速或高速闪动；把它和钢球放在一起 ， 在洗衣机里洗涤100次（相当于日常洗涤500次） ， 其发光效果并未出现太大变化 。
“下一步 ， 我们想尝试这这款织布显示器的分辨率更高一些 ， 性能更稳定一些 ， 未来应用在智能穿戴等设备上 。 ”彭慧胜说 。
采访人员注意到 ， 这项研究成果的获得绝不是一蹴而就的 。 早在2009年 ， 彭慧胜团队就提出聚丁二炔与取向碳纳米管复合以制备新型电致变色纤维的研究思路 。 然而 ， 电致变色仅在白天可见 ， 晚上则无法被有效应用；2015年 ， 团队又在涂覆方法方面取得突破 ， 提出并实现了纤维聚合物发光电化学池 ， 通过编成织物实现了不同的发光图案 。 但此种方法也有局限之处 ， 经由发光纤维编织所显示的图案数量非常有限 ， 无法实现平面显示器中基于发光像素点的可控显示 。
如何在柔软且直径仅为几十至几百微米的纤维上构建可程序化控制的发光点阵列 ， 是困扰团队的一大难题 。
历经10多年的研究 ， 彭慧胜团队适时转换了思路 。 “在织物编织过程中 ， 经纬线的交织可以自然地形成类似于显示器像素阵列的点阵 。 ”以此为灵感 ， 团队着眼于研制两种功能纤维——负载有发光活性材料的高分子复合发光纤维和透明导电的高分子凝胶纤维 ， 通过两者在编织过程中的经纬交织形成电致发光单元 ， 并通过有效的电路控制实现新型柔性显示织物 。
用这种方法 ， 即便只是一台常见的工业用缝纫机 ， 就能实现长6米、宽0.2米、含约50万个发光点的发光织物 ， 发光点之间最小的间距为0.8毫米 ， 能初步满足部分实际应用的分辨率需求 。
但是 ， 如果把这些织布做成人们日常穿着的衣物 ， 还面临着洗涤的难题 。 这些具有高曲率表面的纤维相互接触时 ， 容易形成不均匀的电场分布 ， “衣服”一扭曲 ， 发光状态就会不稳定 。
团队又开始在发光稳定性方面下功夫 ， 他们通过熔融挤出方法制备了一种高弹性的透明高分子导电纤维 。 通过对高分子导电纤维的模量调控 ， 使其在与发光经线交织时发生自适应弹性形变 ， 从而形成稳定接触界面 。 实验结果表明 ， 这种织物在对折、拉伸、按压循环变形条件下亦能保持亮度稳定 ， 可耐受100次与钢球一同在洗衣机内洗涤 。
据悉 ， 除显示织物之外 ， 研究团队还基于编织方法实现了光伏织物、储能织物、触摸传感织物与显示织物的功能集成系统 ， 使融合能量转换与存储、传感与显示等多功能于一身的织物系统成为可能 。
杨泽璇 中青报·中青网采访人员 王烨捷 来源：中国青年报

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