衣服变屏幕!复旦研究团队的这项成果登上《自然》杂志

看点:你曾设想过“穿”在身上的显示器吗?3月11日,由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的全柔性织物显示系统,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》主刊,被评价为“创造了重要而有价值的新知识”。
未来,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,地图导航由“衣”指引;把显示器“穿”在身上,语言障碍人群以此作为高效便捷交流和表达的工具……这些原存于想象中的场景,或许能走进人们的生活。
突破传统,织物“变色-发光-显示”的求索之路

研究团队以“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”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。
不同颜色的发光纤维
这些直径不足半毫米的纤维材料颜色各异,乍一看与生活中的寻常纱线类似。当它们通上电后,就显示出了独特一面——会发明亮的光。由图可见,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。

据介绍,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。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,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。
▲纤维发光
▲发光织带
 弯折、水洗都不怕,揭秘显示均匀稳定的内在机制
比起传统的平板发光器件,发光纤维直径可在0.2毫米至0.5毫米之间精确调控,具备“超细超柔”的特性。以此编织而成的衣物,可紧贴人体不规则轮廓,像普通织物一样轻薄透气,确保良好的穿着舒适度
研究团队还提出了“限域涂覆”制备路线,采用柔韧的高分子材料作为发光浆料基体,将其均一可控地负载在纤维基底上,即“让浸渍有发光浆料的纤维通过一个定制的微孔,使不平整的浆料涂层变得平滑,同时有效控制纤维的直径”。在此基础上,通过多次涂覆,提升纤维圆周方向的发光层厚度均匀性,涂覆固化后得到了能抵御外界摩擦、反复弯折的发光功能层。
▲织物显示
团队还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。在编织过程中,该纤维由于线张力的作用,与发光纤维接触的区域发生弹性形变,并被织物交织的互锁结构所固定。实验结果表明,在两根纤维发生相对滑移、旋转、弯曲的情况下,交织发光点亮度变动范围仍控制在5%以内,显示织物在对折、拉伸、按压循环变形条件下亦能保持亮度稳定,可耐受上百次的洗衣机洗涤
多功能集成,全柔性织物显示系统
有望在各领域“大展身手”
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。该系统在物联网和人机交互领域,如实时定位、智能通讯、医疗辅助等方面表现出应用前景。

资料:复旦大学
编辑:陈庚