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资讯 | 图案显示纺织品的颜色可调发光纤维

资讯 | 图案显示纺织品的颜色可调发光纤维 两江科技评论
2024-07-10
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导读：复旦大学陈培宁教授团队采用简便的分步溶液沉积工艺制作了数千米的多层同轴结构可调色发光纤维。在外加电场的作用下，通过混合不同介电常数的 ZnS:Cu 和 ZnS:Mn 荧光层的发光光谱，实现了颜色的实时

文章来源：i学术i科研

研究背景
具有能量采集、能量供应和传感功能的电子纺织品在可穿戴电子设备、物联网和智能医疗保健等多个领域大有可为。作为电子纺织系统的基本构件，具有显示功能的纺织品急需满足人们对便捷人机交互体验日益增长的需求。这种显示纺织品通过与适当的控制电路相结合，可实现所需的文字或图片播放。近年来，各种不同发光颜色的发光纤维已被制造出来，但宽色域的实时调色能力仍是一个尚未满足的需求，难以有效满足电子纺织系统的全色播放要求。

目前，有多种发光材料可用于制造发光纤维，包括有机材料和无机材料。有机发光纤维通常需要严格的制备条件和封装，以防止器件失效。相比之下，基于无机材料(如 ZnS 荧光粉材料)的发光纤维因其发光功能层的加工工艺简单、稳定性好而在实际应用中得到了广泛探索。具体而言，基于 ZnS 荧光粉的发光纤维一般是通过将荧光粉材料与介电聚合物组装在导电纤维上，然后覆盖一层透明导电层作为外部电极，从而制成结构简单的纤维。这种纤维的发光机制依赖于发光中心在交变电场下的辐射弛豫。然而其发光光谱范围在很大程度上取决于 ZnS 荧光粉中掺杂的活化剂类型。例如，掺杂 Cu和 Mn 活化剂的 ZnS 荧光粉只能分别发出蓝光和橙光，在不同电场强度下几乎没有变化。也就是说，目前基于 ZnS 荧光粉的发光纤维一般只能发出颜色相对单一的光，很难满足申子纺织系统对多彩显示的要求。

研究成果
在可穿戴电子设备中，用于视觉传输和交互的柔性显示器是不可或缺的。具有宽色域的颜色可调发光纤维(CLF)是实现智能电子纺织品全彩色图案显示的理想候选材料，但目前尚未见相关报道。在此，复旦大学陈培宁教授团队采用简便的分步溶液沉积工艺制作了数千米的多层同轴结构可调色发光纤维。在外加电场的作用下，通过混合不同介电常数的 ZnS:Cu 和 ZnS:Mn 荧光层的发光光谱，实现了颜色的实时调节。通过改变外加电压，CLF 可以发出从橙色、白色蓝色到蓝紫色的各种颜色。发光纤维的发光性能在长期高温和紫外线辐射试验以及 10000次折叠变形后仍能保持良好。在研究长度为100米的光纤上，发光强度的变化小于10%。这些发光纤维被精确地编织成智能电子纺织品，显示出理想的彩色图案。相关研究以“Color-tunable light-emitting fibers for pattern displaying textiles”为题发表在Journal of Materials Chemistry C期刊上。

图文导读
Fig. 1 The design and structural characterization of the CLFs.
 
Fig. 2 Light-emitting performances of the CLFs.
 
Fig. 3 Stability and durability of the CLFs.
 
Fig. 4 Continuous fabrication and application demonstration of CLFs.

总结与展望
总之，通过设计具有不同介电常数的双发光层，制造出了一种颜色可调的发光光纤。这种可调色发光光纤可通过简便的分步溶液涂覆法连续制造。这种发光纤维的颜色可调能力可由外部电场控制，从而实现从橙色到白色再到蓝色的广谱颜色。颜色调节机制归因于不同介电常数的发光层中的电场差。在复杂的变形、高温和紫外线辐射条件下，所制备的发光纤维具有稳定的发光和颜色调节性能。将它们编织到纺织品中，可获得动态和多彩的图案显示，方便人机交互。

文献链接
Color-tunable light-emitting fibers for pattern displaying textiles
https://doi.org/10.1039/d3tc04009g

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