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能穿在身上的顯示器 納米材料新領域應用層出不窮
2021年08月26日 08:43:16
來源：化工儀器網 點擊量：7634
材料是制造業的基礎。新材料伴隨著技術涌起，其中納米材料在信息、能源、生物、醫藥、環境、航空航天等領域發揮重要作用。近日，納米材料在顯示器制造上大顯身手。復旦大學高分子科學系教授彭慧勝領銜的研究團隊自主研發出全柔性織物顯示系統，該成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統》為題發表在《自然》雜志主刊。
【化工儀器網 項目成果】 材料是制造業的基礎。新材料伴隨著技術涌起，其中納米材料在信息、能源、生物、醫藥、環境、航空航天等領域發揮重要作用。近日，納米材料在顯示器制造上大顯身手。復旦大學高分子科學系教授彭慧勝的研究團隊自主研發出全柔性織物顯示系統，該成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統》為題發表在《自然》雜志主刊。
顯示器隨處可見，但是將顯示器融入到織物中，同時保證織物的柔軟性、透氣性卻是一項難題。納米材料便則可解決這一難題。彭慧勝教授團隊著眼于研制負載有發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緯交織形成電致發光單元，利用有效的電路控制實現新型柔性顯示織物，最后生產出用于編織的發光纖維材料。該織物輕薄、舒適，適用于極地科考、地質勘探等野外工作。研究人員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。此外，語言障礙人群可以此作為高效便捷交流和表達的工具。
值得一提的是該織物的顯示特性與尋常織物、內在結構并不相同。該材料外表看起來與尋常紗線類似，但通電之后，其就會與纖維截然不同，發出明亮的光。
這是因為織物內搭接結構由發光經線和導電緯線組成。從橫截面方向看，其中一根透明導電纖維通過編織與其經緯搭接，另一根為涂覆有發光材料的導電紗線。施加交流電壓后，位于發光纖維上的高分子復合發光活性層在搭接點區域被電場激發，就形成了一個個發光像素點。在電場的激發下，電極和發光層憑借物理搭接，實現發光。
該方法可以將發光器件制備與織物編織過程相統一，利用工業化編織設備，組成長6米、寬0.25米、含約50萬個發光點的發光織物，發光點之間最小的間距為0.8毫米，滿足部分應用的分辨率需求。此外，更換發光材料，還能實現多色發光單元，呈現多彩織物。
該類材料與傳統的平板發光器件相比，發光纖維直徑更精確，在0.2毫米至0.5毫米之間調控。不僅如此，以此為材料梭織而成的衣物，可緊貼人體輪廓，如同普通織物般輕薄透氣，穿著舒適。
從研究初始到開花結果，技術攻堅克難歷經十余年。研究團隊先后解決了電致變色使用時域受制、共軛高分子活性層在高曲率纖維電極表面難均勻成膜、在微米的纖維上構建程序化控制發光點、織物如何適應外界環境的改變等多個難題。
除顯示織物外，彭慧勝團隊還實現了具有光伏織物、儲能織物、觸摸傳感織物與顯示織物的功能集成系統，利用納米材料將融合能量轉換與存儲、傳感與顯示等多功能于一身。該系統將廣泛應用于物聯網和人機交互領域，如實時定位、智能通訊、醫療輔助等。
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