你有設(shè)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(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授彭慧勝領(lǐng)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(guān)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(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系博士研究生施翔、碩士研究生左勇以及工程與應(yīng)用技術(shù)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(lǐng)域的快速融合發(fā)展，有望催生新興技術(shù)，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?！币源藶殪`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(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，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?！迸砘蹌倌闷鹨痪砝p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?！岸?dāng)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。”他拿起手邊的一件衛(wèi)衣，展示其基本功能，衛(wèi)衣上的復(fù)旦大學(xué)?；沼砂l(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(jié)構(gòu)如何？ “顯示織物內(nèi)呈現(xiàn)獨特的搭接結(jié)構(gòu)，由發(fā)光經(jīng)線和導(dǎo)電緯線交錯而成?！迸砘蹌俳忉尩?。從橫截面方向看，其中一根為涂覆有發(fā)光材料的導(dǎo)電紗線，另一根透明導(dǎo)電纖維通過編織與其經(jīng)緯搭接。“施加交流電壓后，位于發(fā)光纖維上的高分子復(fù)合發(fā)光活性層在搭接點區(qū)域被電場激發(fā)，就形成一個個發(fā)光‘像素點’。”就這樣，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(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)上的精細化要求，技術(shù)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(gòu)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(chǔ)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(fù)彎折的發(fā)光功能層。

現(xiàn)實的應(yīng)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(yīng)外界環(huán)境的改變，乃至抵御住反復(fù)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(dǎo)電纖維緯線的力學(xué)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(dǎo)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(jié)構(gòu)所固定。“通過對高分子導(dǎo)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(yīng)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(jié)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(lǐng)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(yīng)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(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)的接連突破，到設(shè)備的自主設(shè)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?yīng)用研究。“我們也期待著產(chǎn)業(yè)界的合作者們加入，共同解決在實際應(yīng)用中的具體問題?！闭劶帮@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(xí)編輯：陶亦益 )