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輕薄、柔軟又耐磨 這個(gè)顯示器能穿在身上

2021-09-02 太和集團(tuán)

你曾設(shè)想過將顯示器穿在身上嗎?集器件功能、紡織方法、織物形態(tài)于一體,在我們穿的衣服上瀏覽咨詢、收發(fā)訊息、進(jìn)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)的資助下,復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授彭慧勝領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出全柔性織物顯示系統(tǒng),相關(guān)成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統(tǒng)》為題在線發(fā)表于《自然》雜志主刊。



 

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突破傳統(tǒng),“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(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)始終致力于智能高分子纖維與織物研發(fā)。

“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(shí)驗(yàn)案臺(tái)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(dāng)我們給它們通上電,它們就顯示出了獨(dú)特一面——會(huì)發(fā)出明亮的光?!彼闷鹗诌叺囊患l(wèi)衣,展示其基本功能,衛(wèi)衣上的復(fù)旦大學(xué)校徽由發(fā)藍(lán)光的纖維編織而成,接通電源后,藍(lán)色的?;請D案在室內(nèi)清晰可辨。
 


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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(dú)特的搭接結(jié)構(gòu),由發(fā)光經(jīng)線和導(dǎo)電緯線交錯(cuò)而成?!迸砘蹌俳忉尩?,在電場的激發(fā)下,電極和發(fā)光層憑借物理搭接即可實(shí)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(shè)備,實(shí)現(xiàn)了長6米、寬0.25米、含約50萬個(gè)發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光織物,發(fā)光點(diǎn)之間最小的間距為0.8毫米,能初步滿足部分實(shí)際應(yīng)用的分辨率需求。通過更換發(fā)光材料,還可實(shí)現(xiàn)多色發(fā)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(wěn)定 


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(xì)、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。

  

團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)電纖維緯線的力學(xué)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(dǎo)電纖維?!巴ㄟ^對(duì)高分子導(dǎo)電纖維的模量調(diào)控,使其在與發(fā)光經(jīng)線交織時(shí)發(fā)生自適應(yīng)彈性形變,形成穩(wěn)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(diǎn)’的均勻穩(wěn)定發(fā)光。”彭慧勝說。


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實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在兩根纖維發(fā)生相對(duì)滑移、旋轉(zhuǎn)、彎曲的情況下,交織發(fā)光點(diǎn)亮度變動(dòng)范圍仍控制在5%以內(nèi),顯示織物在對(duì)折、拉伸、按壓循環(huán)變形條件下亦能保持亮度穩(wěn)定,可耐受上百次的洗衣機(jī)洗滌。

  

多功能集成,表現(xiàn)出良好應(yīng)用前景 


除顯示織物外,彭慧勝團(tuán)隊(duì)還基于編織方法實(shí)現(xiàn)了具有光伏織物、儲(chǔ)能織物、觸摸傳感織物與顯示織物的功能集成系統(tǒng),使融合能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、傳感與顯示等多功能于一身的織物系統(tǒng)成為可能。該系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)和人機(jī)交互領(lǐng)域,如實(shí)時(shí)定位、智能通訊、醫(yī)療輔助等方面表現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。


極地科考、地質(zhì)勘探等野外工作場景中,只需在衣物上輕點(diǎn)幾下,即可實(shí)時(shí)顯示位置信息,地圖導(dǎo)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(dá)的工具……



在不久的未來,由這些創(chuàng)新成果組成的智能織物產(chǎn)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(jìn)行更多元的信息交互,運(yùn)用這些特殊纖維織成的“布料”,還能做出什么新奇的產(chǎn)品功能呢?我們可以拭目以待。



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