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能穿在身上的显示器 纳米材料新领域应用层出不

  材料是制造业的基础。新材料伴随着技术涌起,其中纳米材料在信息、能源、生物、医药、环境、航空航天等领域发挥重要作用。近日,纳米材料在显示器制造上大显身手。复旦大学高分子科学系教授彭慧胜的研究团队自主研发出全柔性织物显示系统,该成果以《大面积显示织物及其功能集成系统》为题发表在《自然》杂志主刊。
 
  显示器随处可见,但是将显示器融入到织物中,同时保证织物的柔软性、透气性却是一项难题。纳米材料便则可解决这一难题。彭慧胜教授团队着眼于研制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,利用有效的电路控制实现新型柔性显示织物,最后生产出用于编织的发光纤维材料。该织物轻薄、舒适,适用于极地科考、地质勘探等野外工作。研究人员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。此外,语言障碍人群可以此作为高效便捷交流和表达的工具。
 
  值得一提的是该织物的显示特性与寻常织物、内在结构并不相同。该材料外表看起来与寻常纱线类似,但通电之后,其就会与纤维截然不同,发出明亮的光。
 
  这是因为织物内搭接结构由发光经线和导电纬线组成。从横截面方向看,其中一根透明导电纤维通过编织与其经纬搭接,另一根为涂覆有发光材料的导电纱线。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,实现发光。
 
  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,组成长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,满足部分应用的分辨率需求。此外,更换发光材料,还能实现多色发光单元,呈现多彩织物。
 
  该类材料与传统的平板发光器件相比,发光纤维直径更精确,在0.2毫米至0.5毫米之间调控。不仅如此,以此为材料梭织而成的衣物,可紧贴人体轮廓,如同普通织物般轻薄透气,穿着舒适。
 
  从研究初始到开花结果,技术攻坚克难历经十余年。研究团队先后解决了电致变色使用时域受制、共轭高分子活性层在高曲率纤维电极表面难均匀成膜、在微米的纤维上构建程序化控制发光点、织物如何适应外界环境的改变等多个难题。
 
  除显示织物外,彭慧胜团队还实现了具有光伏织物、储能织物、触摸传感织物与显示织物的功能集成系统,利用纳米材料将融合能量转换与存储、传感与显示等多功能于一身。该系统将广泛应用于物联网和人机交互领域,如实时定位、智能通讯、医疗辅助等。
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