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復旦團隊自主研發(fā)全柔性織物顯示系統(tǒng) 近日，復旦大學高分子科學系教授彭慧勝領銜的研究團隊，成功將顯示器件的制備與織物編織過程實現(xiàn)融合，在高分子復合纖維交織點集成多功能微型發(fā)光器件，揭示了纖維電極之間電場分布的獨特規(guī)律，實現(xiàn)了大面積柔性顯示織物和智能集成系統(tǒng)。 北京時間3月11日，相關(guān)研究成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統(tǒng)》（“Large-area display textiles integrated with functional systems”）為題在線發(fā)表于《自然》（Nature）主刊，審稿人評價其“創(chuàng)造了重要而有價值的新知識”。彭慧勝、陳培寧為該論文通訊作者，復旦大學高分子科學系博士研究生施翔、碩士研究生左勇以及工程與應用技術(shù)研究院博士研究生翟鵬為第一作者。 突破傳統(tǒng)，織物“變色-發(fā)光-顯示”的求索之路 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(fā)。 2009年，團隊提出聚丁二炔與取向碳納米管復合以制備新型電致變色纖維的研究思路（Nature Nanotechnology, 2009, 4, 738），然而，電致變色僅在白天可見，晚上則無法被有效應用，使用時域被打上了折扣。2015年，團隊在涂覆方法方面取得突破，成功解決共軛高分子活性層在高曲率纖維電極表面均勻成膜的難題，提出并實現(xiàn)了纖維聚合物發(fā)光電化學池（Nature Photonics, 2015, 9, 233），并通過編成織物實現(xiàn)了不同的發(fā)光圖案。但此種方法也有局限之處，經(jīng)由發(fā)光纖維編織所顯示的圖案數(shù)量非常有限，無法實現(xiàn)平面顯示器中基于發(fā)光像素點的可控顯示。如何在柔軟且直徑僅為幾十至幾百微米的纖維上構(gòu)建可程序化控制的發(fā)光點陣列，是困擾團隊甚至這個領域的一大難題。 彭慧勝團隊適時轉(zhuǎn)換思路�！霸诳椢锞幙椷^程中，經(jīng)緯線的交織可以自然地形成類似于顯示器像素陣列的點陣”以此為靈感，團隊著眼于研制兩種功能纖維——負載有發(fā)光活性材料的高分子復合纖維和透明導電的高分子凝膠纖維，通過兩者在編織過程中的經(jīng)緯交織形成電致發(fā)光單元，并通過有效的電路控制實現(xiàn)新型柔性顯示織物。  “這就是我們用于編織的發(fā)光纖維材料�！迸砘蹌倌闷鹨痪砝p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�！岸斘覀兘o它們通上電，它們就顯示出了獨特一面——會發(fā)明亮的光�！彼闷鹗诌叺囊患l(wèi)衣，展示其基本功能，衛(wèi)衣上的復旦大學�；沼砂l(fā)藍光的纖維編織而成，接通電源后，藍色的校徽圖案在室內(nèi)清晰可辨。 是什么使織物擁有了顯示特性？其內(nèi)在結(jié)構(gòu)如何？ “顯示織物內(nèi)呈現(xiàn)獨特的搭接結(jié)構(gòu)，由發(fā)光經(jīng)線和導電緯線交錯而成。”彭慧勝解釋道。從橫截面方向看，其中一根為涂覆有發(fā)光材料的導電紗線，另一根透明導電纖維通過編織與其經(jīng)緯搭接�！笆┘咏涣麟妷汉�，位于發(fā)光纖維上的高分子復合發(fā)光活性層在搭接點區(qū)域被電場激發(fā)，就形成一個個發(fā)光‘像素點’。”就這樣，在電場的激發(fā)下，電極和發(fā)光層憑借物理搭接即可實現(xiàn)有效發(fā)光，該方法可以將發(fā)光器件制備與織物編織過程相統(tǒng)一，利用工業(yè)化編織設備，實現(xiàn)了長6米、寬0.25米、含約50萬個發(fā)光點的發(fā)光織物，發(fā)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(fā)光材料，還可實現(xiàn)多色發(fā)光單元，得到多彩的顯示織物。 彎折、水洗都不怕，揭秘顯示均勻穩(wěn)定的內(nèi)在機制 比起傳統(tǒng)的平板發(fā)光器件，發(fā)光纖維直徑可在0.2 毫米至0.5 毫米之間精確調(diào)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(guī)則輪廓，像普通織物一樣輕薄透氣，確保良好的穿著舒適度。 |
