近日，西安工程大学与西安交通大学、西北工业大学联合研究团队受秋葵横结构启发，成功研制出具有绿橙双色可切换力致发光纤维（GOBSMF）。该纤维无需外接电源，受压时发射橙色光、受拉时发出绿色光，可一体化集成到织物中，为智能可穿戴设备、运动追踪、水下通信等领域提供了全新解决方案。
痛点突破：现有可穿戴发光器件的“两难困境”
随着可穿戴技术的快速发展，集成于智能纺织品的发光器件需同时满足柔性、高灵敏度、舒适性和快速响应等要求。传统薄膜类发光器件透气差、穿戴不适，而现有力致发光纤维多局限于单一波长发光，无法直观区分不同应力类型，严重限制了其实际应用。
“如何让发光纤维既具备刚性以响应压力发光，又保持柔性以适应拉伸变形，同时实现不同应力下的双色区分，是行业亟待解决的关键问题。”研究团队受自然界中的秋葵给结构启发——秋葵果实的胎盘、籽、胞腔和果皮构成的分层结构，兼具支撑性与柔韧性，这为纤维结构设计提供了天然模板。
仿生设计：复刻秋葵结构，实现“一纤双色”
研究团队精准复刻秋葵的横截面层级结构，打造了三层同轴的GOBSMF纤维：
核心层：以PDMS纱线模拟秋葵的中心胎盘，为纤维提供基础机械支撑；
中间层：将橙色力致发光微珠（OMLM）不连续地附着在PDMS纱线表面，模仿秋葵籽的分布，形成受压发光层，受压时释放橙色光；
外层：采用ZnS:Cu/PDMS/Al₂O₃复合材料模拟秋葵果皮，作为受拉发光层，拉伸时发出绿色光。
值得关注的是，中间层微珠间的间隙被外层材料填充，形成类似秋葵胞腔的结构，既固定了微珠，又保障了纤维的整体柔韧性。这种仿生设计让纤维首次实现“拉伸发绿光、受压发橙光”的双色切换，且在在小于12.7千帕的应力和10%的拉伸应变范围内即能产生明显的发光响应，响应时间低于500毫秒。经过上千次疲劳测试后仍保持稳定性能，并具备优异的耐水性和环境适应性。
图1 绿橙双色可切换力致发光纤维（GOBSMF）结构与性能
性能升级：发光强度倍增，耐用性显著增强
为解决传统力致发光材料发光弱、应力传递效率低的问题，研究团队针对性优化了两层发光材料：
在外层受拉发光材料中加入Al₂O₃纳米颗粒，不仅提升了应力传递效率，还通过颗粒间碰撞增强发光，使发光强度较传统ZnS/PDMS纤维提升5倍；
在中间层受压发光材料中，通过静电极化将PVDF-HFP从α相转为高压电性能的β相，结合ZnS:Mn的压电光子效应，使发光强度提升22倍，压电系数从0.1 pC/N跃升至8.2 pC/N。
图2 GOBSMF发光强度增强机理
图3 GOBSMF双色发光机理及影响因素
同时，该纤维展现出优异的实用性能：拉伸应变超过80%，强度满足纺织织造需求；经过1600次压缩循环、1000次拉伸循环后仍保持稳定发光；表面接触角达117°，具备疏水特性，浸泡水中7天发光性能无衰减；在不同温度、湿度环境下均能稳定工作，耐磨次数可达5万次。
图4 GOBSMF的耐久性
场景落地：从运动追踪到水下通信，应用广泛
凭借良好的柔性、透气性和集成性，GOBSMF纤维可与商用弹力纱线编织成织物，无缝融入服装、手套等可穿戴产品，解锁多重应用场景：
运动追踪：将发光织物缝制在关节处，可实时可视化人体运动轨迹，夜间登山时能帮助团队清点人员、避免踩踏事故；
水下通信：潜水服搭载该织物后，潜水员可通过肢体运动产生的绿光实现同伴定位，紧急情况下按压发出的橙光可作为求救信号；
战术装备：战术手套集成后，士兵可通过特定手势产生的发光信号传递指令，无需发声即可完成协同，降低被红外探测的风险；
智能交互：发光织物可作为信息面板，通过划痕、按压等动作形成发光轨迹，实现可视化信息传递。
图5 GOBSMF的应用展示
结语：仿生高分子材料赋能智能穿戴新未来
该研究通过仿生设计突破了传统力致发光纤维的性能瓶颈，实现了“无电驱动、双色响应、柔性集成”的多重优势，为高分子智能材料的研发提供了新思路。研究团队表示，未来将进一步优化纤维的发光效率和规模化制备工艺，推动其在智能服装、人机交互、安全预警、医疗康复、体育科学、等领域的产业化应用。
该工作以“Green-Orange Bi-color Switchable Mechanoluminescent Fiber of Okra-Like Structure for Visual Signaling”为题发表在《Advanced Materials》上。第一作者为西安工程大学硕士研究生刘金霖，共同第一作者为西安工程大学武峥教授和西北工业大学于涛教授，通讯作者为西安工程大学樊威教授，共同通讯作者为西安交通大学王淑娟教授。该工作得到国家自然科学基金、陕西省杰出青年科学基金、陕西省自然科学基金与陕西省高校青年创新团队基金的支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202515254
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