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輕薄、柔軟又耐磨 這個顯示器能穿在身上

2021-09-02 太和集團

你曾設想過將顯示器穿在身上嗎?集器件功能、紡織方法、織物形態于一體,在我們穿的衣服上瀏覽咨詢、收發訊息、進行事件備忘……這是研究者近年來著力探尋的方向。

 

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日前,在國家重點研發計劃“納米科技”重點專項的資助下,復旦大學高分子科學系教授彭慧勝領銜的研究團隊自主研發出全柔性織物顯示系統,相關成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統》為題在線發表于《自然》雜志主刊。



 

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突破傳統,“織物顯示”漫漫求索路 




織物顯示求索之旅絕不是一條坦途。近十多年來,彭慧勝帶領的研究團隊始終致力于智能高分子纖維與織物研發。

“這就是我們用于編織的發光纖維材料。”彭慧勝拿起一卷纏繞于紡錘上的纖維介紹道。這些直徑不足半毫米的纖維材料,實驗案臺上還有多卷,顏色各異,乍一看與生活中的尋常紗線類似。“而當我們給它們通上電,它們就顯示出了獨特一面——會發出明亮的光。”他拿起手邊的一件衛衣,展示其基本功能,衛衣上的復旦大學校徽由發藍光的纖維編織而成,接通電源后,藍色的校徽圖案在室內清晰可辨。
 


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是什么使織物擁有了顯示特性?其內在結構如何?“顯示織物內呈現獨特的搭接結構,由發光經線和導電緯線交錯而成。”彭慧勝解釋道,在電場的激發下,電極和發光層憑借物理搭接即可實現有效發光,該方法可以將發光器件制備與織物編織過程相統一,利用工業化編織設備,實現了長6米、寬0.25米、含約50萬個發光點的發光織物,發光點之間最小的間距為0.8毫米,能初步滿足部分實際應用的分辨率需求。通過更換發光材料,還可實現多色發光單元,得到多彩的顯示織物。

 

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彎折、水洗都不怕,顯示均勻且穩定 


比起傳統的平板發光器件,發光纖維直徑可在0.2毫米至0.5毫米之間精確調控,奠定了其超細、超柔的特性。以此為材料一針一線梭織而成的衣物,可緊貼人體不規則輪廓,像普通織物一樣輕薄透氣,確保良好的穿著舒適度。

  

團隊在導電纖維緯線的力學性能方面下足了功夫,通過熔融擠出方法制備了一種高彈性的透明高分子導電纖維。“通過對高分子導電纖維的模量調控,使其在與發光經線交織時發生自適應彈性形變,形成穩定接觸界面,并使得在纖維曲面上形成了類似平面的電場分布,從而確保了織物中‘像素點’的均勻穩定發光。”彭慧勝說。


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實驗結果表明,在兩根纖維發生相對滑移、旋轉、彎曲的情況下,交織發光點亮度變動范圍仍控制在5%以內,顯示織物在對折、拉伸、按壓循環變形條件下亦能保持亮度穩定,可耐受上百次的洗衣機洗滌。

  

多功能集成,表現出良好應用前景 


除顯示織物外,彭慧勝團隊還基于編織方法實現了具有光伏織物、儲能織物、觸摸傳感織物與顯示織物的功能集成系統,使融合能量轉換與存儲、傳感與顯示等多功能于一身的織物系統成為可能。該系統在物聯網和人機交互領域,如實時定位、智能通訊、醫療輔助等方面表現出良好應用前景。


極地科考、地質勘探等野外工作場景中,只需在衣物上輕點幾下,即可實時顯示位置信息,地圖導航由“衣”指引;把顯示器穿在身上,語言障礙人群可以此作為高效便捷交流和表達的工具……



在不久的未來,由這些創新成果組成的智能織物產品或許就能走到你我身邊,有了這些神奇的紡織品,我們甚至能與日常穿的衣服進行更多元的信息交互,運用這些特殊纖維織成的“布料”,還能做出什么新奇的產品功能呢?我們可以拭目以待。



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