能穿在身上的顯示器 納米材料新領(lǐng)域應(yīng)用層出不窮

      材料是制造業(yè)的基礎(chǔ)。新材料伴隨著技術(shù)涌起，其中納米材料在信息、能源、生物、醫(yī)藥、環(huán)境、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。近日，納米材料在顯示器制造上大顯身手。復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授彭慧勝的研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出全柔性織物顯示系統(tǒng)，該成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統(tǒng)》為題發(fā)表在《自然》雜志主刊。

　　顯示器隨處可見，但是將顯示器融入到織物中，同時保證織物的柔軟性、透氣性卻是一項(xiàng)難題。納米材料便則可解決這一難題。彭慧勝教授團(tuán)隊(duì)著眼于研制負(fù)載有發(fā)光活性材料的高分子復(fù)合纖維和透明導(dǎo)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，利用有效的電路控制實(shí)現(xiàn)新型柔性顯示織物，最后生產(chǎn)出用于編織的發(fā)光纖維材料。該織物輕薄、舒適，適用于極地科考、地質(zhì)勘探等野外工作。研究人員只需在衣物上輕點(diǎn)幾下，即可實(shí)時顯示位置信息，地圖導(dǎo)航由“衣”指引。此外，語言障礙人群可以此作為高效便捷交流和表達(dá)的工具。

　　值得一提的是該織物的顯示特性與尋常織物、內(nèi)在結(jié)構(gòu)并不相同。該材料外表看起來與尋常紗線類似，但通電之后，其就會與纖維截然不同，發(fā)出明亮的光。

　　這是因?yàn)榭椢飪?nèi)搭接結(jié)構(gòu)由發(fā)光經(jīng)線和導(dǎo)電緯線組成。從橫截面方向看，其中一根透明導(dǎo)電纖維通過編織與其經(jīng)緯搭接，另一根為涂覆有發(fā)光材料的導(dǎo)電紗線。施加交流電壓后，位于發(fā)光纖維上的高分子復(fù)合發(fā)光活性層在搭接點(diǎn)區(qū)域被電場激發(fā)，就形成了一個個發(fā)光像素點(diǎn)。在電場的激發(fā)下，電極和發(fā)光層憑借物理搭接，實(shí)現(xiàn)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，組成長6米、寬0.25米、含約50萬個發(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，滿足部分應(yīng)用的分辨率需求。此外，更換發(fā)光材料，還能實(shí)現(xiàn)多色發(fā)光單元，呈現(xiàn)多彩織物。

　　該類材料與傳統(tǒng)的平板發(fā)光器件相比，發(fā)光纖維直徑更精確，在0.2毫米至0.5毫米之間調(diào)控。不僅如此，以此為材料梭織而成的衣物，可緊貼人體輪廓，如同普通織物般輕薄透氣，穿著舒適。

　　從研究初始到開花結(jié)果，技術(shù)攻堅(jiān)克難歷經(jīng)十余年。研究團(tuán)隊(duì)先后解決了電致變色使用時域受制、共軛高分子活性層在高曲率纖維電極表面難均勻成膜、在微米的纖維上構(gòu)建程序化控制發(fā)光點(diǎn)、織物如何適應(yīng)外界環(huán)境的改變等多個難題。

　　除顯示織物外，彭慧勝團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)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(tǒng)，利用納米材料將融合能量轉(zhuǎn)換與存儲、傳感與顯示等多功能于一身。該系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)和人機(jī)交互領(lǐng)域，如實(shí)時定位、智能通訊、醫(yī)療輔助等。