智能高分子纤维与织物研发再突破,“显示器”能穿身上

2021-08-25 08:51:07 | 来源:科技日报 | 参与: 0 | 作者:杨泽璇 岑盼

原标题:轻薄、柔软又耐磨 这个显示器能穿在身上

来源:科技日报 作者:杨泽璇 岑盼

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  显示织物内呈现独特的搭接结构,由发光经线和导电纬线交错而成,在电场的激发下,电极和发光层凭借物理搭接即可实现有效发光。

  从模糊到清晰,从单色到彩色,从笨重到轻薄……近几十年来,显示器作为电子设备的重要输出端不断更新迭代,由最初的阴极射线管显示、液晶显示、有机发光二极管显示发展至现在的柔性薄膜显示,取得了长足进步。

  你曾设想过将显示器穿在身上吗?集器件功能、纺织方法、织物形态于一体,在我们穿的衣服上浏览咨询、收发讯息、进行事件备忘……这是研究者近年来着力探寻的方向。

  然而,如何将显示功能有效集成到电子织物中,同时确保织物的柔软、透气导湿、适应复杂形变等特性,是智能电子织物领域面临的一大难题。

  记者获悉,日前,在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的资助下,复旦大学高分子科学系教授彭慧胜领衔的研究团队自主研发出全柔性织物显示系统,相关成果以《大面积显示织物及其功能集成系统》为题在线发表于《自然》杂志主刊。

  突破传统,“织物显示”漫漫求索路

  织物显示求索之旅绝不是一条坦途。近十多年来,彭慧胜带领的研究团队始终致力于智能高分子纤维与织物研发。

  2009年,团队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,使用时域大打折扣。

  2015年,团队在涂覆方法方面取得突破,成功解决了共轭高分子活性层在高曲率纤维电极表面均匀成膜的难题,提出并实现了纤维聚合物发光电化学池,并通过将其编成织物实现了不同的发光图案。但此种方法也有局限,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,是困扰团队甚至这个领域的一大难题。

  彭慧胜团队适时转换思路。“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。

  “这就是我们用于编织的发光纤维材料。”彭慧胜拿起一卷缠绕于纺锤上的纤维介绍道。这些直径不足半毫米的纤维材料,实验案台上还有多卷,颜色各异,乍一看与生活中的寻常纱线类似。“而当我们给它们通上电,它们就显示出了独特一面——会发出明亮的光。”他拿起手边的一件卫衣,展示其基本功能,卫衣上的复旦大学校徽由发蓝光的纤维编织而成,接通电源后,蓝色的校徽图案在室内清晰可辨。

  是什么使织物拥有了显示特性?其内在结构如何?“显示织物内呈现独特的搭接结构,由发光经线和导电纬线交错而成。”彭慧胜解释道,从横截面方向看,其中一根为涂覆有发光材料的导电纱线,另一根透明导电纤维通过编织与其经纬搭接。施加交流电压后,位于发光纤维上的高分子复合发光活性层在搭接点区域被电场激发,就形成了一个个发光“像素点”。

  在电场的激发下,电极和发光层凭借物理搭接即可实现有效发光,该方法可以将发光器件制备与织物编织过程相统一,利用工业化编织设备,实现了长6米、宽0.25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。通过更换发光材料,还可实现多色发光单元,得到多彩的显示织物。

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