你有設想過“穿”在身上的顯示器嗎？融器件功能、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、事件備忘……這是研究者近年來著力探尋的方向。

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。北京時間3月11日，相關研究成果在線發(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研究院博士研究生翟鵬為第一作者。

這種智能電子織物，可有力推動傳統(tǒng)紡織制造和物聯(lián)網(wǎng)、人機交互、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興領域的快速融合發(fā)展，有望催生新興技術，在某些方面給人們的生活方式帶來全新變革。

“在織物編織過程中，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。”彭慧勝拿起一卷纏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。“而當我們給它們通上電，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)衣上的復旦大學校徽由發(fā)藍光的纖維編織而成，接通電源后，藍色的?；請D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)在結構如何？ “顯示織物內(nèi)呈現(xiàn)獨特的搭接結構，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’?！本瓦@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。

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。

伴隨著結構上的精細化要求，技術上難題也顯現(xiàn)出來：如何在如微米級直徑的纖維上連續(xù)負載均勻的發(fā)光材料涂層，構建得到發(fā)光強度高度一致的像素點陣？

彭慧勝團隊提出了“限域涂覆”制備路線，采用柔韌的高分子材料作為發(fā)光漿料基體，將其均一可控地負載在纖維基底上，即“讓浸漬有發(fā)光漿料的纖維通過一個定制的微孔，使不平整的漿料涂層變得平滑，同時有效控制纖維的直徑”。在此基礎上，通過多次涂覆，提升纖維圓周方向的發(fā)光層厚度均勻性，涂覆固化后得到了能抵御外界摩擦、反復彎折的發(fā)光功能層。

現(xiàn)實的應用要求也接踵而至。團隊研究發(fā)現(xiàn)，具有高曲率表面的纖維相互接觸時，在接觸區(qū)域會形成不均勻的電場分布，這樣的電場不利于器件在變形過程中穩(wěn)定工作。而在現(xiàn)實生活中，穿在身上的衣服難免會有磕磕碰碰，也需日常清洗。如何能使顯示織物適應外界環(huán)境的改變，乃至抵御住反復摩擦、彎折、拉伸等外在作用力，保證發(fā)光的穩(wěn)定性？

團隊在導電纖維緯線的力學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電纖維。在編織過程中，該纖維由于線張力的作用，與發(fā)光纖維接觸的區(qū)域發(fā)生彈性形變，并被織物交織的互鎖結構所固定?！巴ㄟ^對高分子導電纖維的模量調(diào)控，使其在與發(fā)光經(jīng)線交織時發(fā)生自適應彈性形變，從而形成穩(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’的均勻穩(wěn)定發(fā)光?！迸砘蹌僬f。

實驗結果表明，在兩根纖維發(fā)生相對滑移、旋轉(zhuǎn)、彎曲的情況下，交織發(fā)光點亮度變動范圍仍控制在5%以內(nèi)，顯示織物在對折、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洗滌。

除顯示織物之外，研究團隊還基于編織方法實現(xiàn)了光伏織物、儲能織物、觸摸傳感織物與顯示織物的功能集成系統(tǒng)，使融合能量轉(zhuǎn)換與存儲、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)和人機交互領域，如實時定位、智能通訊、醫(yī)療輔助等方面表現(xiàn)出良好應用前景。

極地科考、地質(zhì)勘探等野外工作場景中，只需在衣物上輕點幾下，即可實時顯示位置信息，地圖導航由“衣”指引；把顯示器“穿”在身上，語言障礙人群以此作為高效便捷交流和表達的工具……這些原存于想象中的場景，或許在不遠將來就能走進人們的生活。

從研發(fā)思路的推陳出新，到連續(xù)制備關鍵技術的接連突破，到設備的自主設計研發(fā)，到工程化路線的不斷優(yōu)化……團隊從未止步，已把產(chǎn)品從實驗室里“帶了出來”，實現(xiàn)了發(fā)光纖維和織物的連續(xù)化穩(wěn)定制備，致力于推動全柔性顯示織物的規(guī)?；瘧醚芯??！拔覀円财诖a(chǎn)業(yè)界的合作者們加入，共同解決在實際應用中的具體問題。”談及顯示系統(tǒng)的未來發(fā)展道路，彭慧勝充滿期待。

(看看新聞Knews記者：周云 李書馨 實習編輯：陶亦益 )