可追劇、還水洗！顯示器都能“穿”了_風聞

來源：中國科學報

**作者｜**唐鳳 黃辛

你能想到有“穿”在身上的顯示器嗎？按一按身上的衣服就能看新聞、發信息，甚至追劇。

或許，這快要變成現實了。

近日，復旦大學高分子科學系教授彭慧勝團隊將顯示器件製備與織物編織過程相融合，在高分子複合纖維交織點集成多功能微型發光器件，揭示纖維電極之間電場分佈的獨特規律，成功研製大面積柔性顯示織物和智能集成系統。

3月11日，相關成果在線發表於《自然》。

審稿人評價其“創造了重要而有價值的新知識”。

多彩顯示屏織物展示了扭曲下的柔軟和穩定。 研究組供圖

成果來之不易

從模糊到清晰、從單色到彩色、從笨重到輕薄……幾十年來，作為電子設備的重要輸出端，顯示器件不斷更新迭代。

如何將顯示功能有效集成到電子織物中，同時保留織物柔軟、透氣導濕、適應複雜形變等特性，是智能電子織物領域面臨的一大難題。

2009年，彭慧勝團隊提出聚丁二炔與取向碳納米管複合以製備新型電致變色纖維的研究思路。

然而，電致變色僅在白天可見，晚上無法有效應用。

2015年，團隊在塗覆方法方面取得突破，成功解決了共軛高分子活性層在高曲率纖維電極表面均勻成膜難題，研發了纖維聚合物發光電化學池，最終實現了不同的發光圖案。

但是，經由發光纖維編織顯示的圖案數量非常有限，無法圓滿實現可控顯示。

在柔軟、直徑僅為幾十至幾百微米的纖維上構建可程序化控制的發光點陣列，成為團隊必須面對的一大挑戰。

對此，彭慧勝提出，在織物編織過程中，經緯線的交織或許可以自然地形成類似於顯示器像素陣列的點陣。

基於此，團隊研製出兩種功能纖維——負載發光活性材料的高分子複合纖維和透明導電的高分子凝膠纖維，將兩者經緯交織形成電致發光單元，並通過有效電路控制，製作出新型柔性顯示織物。

彭慧勝團隊還提出了“限域塗覆”製備路線，以柔韌的高分子材料作為發光漿料基體，將其均一可控地負載在纖維基底上。

通過多次塗覆，纖維發光層厚度均勻性得以提升，塗覆固化後便得到了能抵禦外界摩擦、可反覆彎折的發光功能層。

彎折、水洗都不怕

“這就是我們的發光纖維材料。”彭慧勝拿起一卷纏繞在紡錘上的纖維對《中國科學報》説。

這些直徑不足半毫米的纖維材料顏色各異，乍一看很像生活中常見的紗線。

“當我們給它們通上電，它們就顯示出獨特的一面——會發出明亮的光。”

彭慧勝拿起手邊的一件衞衣演示——衞衣上的復旦大學校徽由發藍光的纖維編織而成，接通電源後，藍色的校徽圖案在室內清晰可辨。

彭慧勝介紹，從橫截面方向看，其中一根是塗覆了發光材料的導電紗線，另一根是透明導電纖維，兩者編織形成經緯搭接。

“施加交流電壓後，位於發光纖維上的高分子複合發光活性層在搭接點區域被電場激發，形成一個個發光‘像素點’。”

就這樣，研究人員製備出長6米、寬0.25米、含約50萬個發光點的發光織物。

其發光點之間最小間距為0.8毫米，能初步滿足部分實際應用的分辨率需求。

通過更換髮光材料，其還可實現多色發光單元，得到多彩的顯示織物。

論文通訊作者之一、復旦大學副研究員陳培寧表示，比起傳統的平板發光器件，發光纖維的直徑可在0.2毫米至0.5毫米之間精確調控，這奠定了其“超細超柔”的特性。

以此為材料梭織而成的衣物，可緊貼人體不規則輪廓，並像普通織物一樣輕薄透氣，穿着舒適度良好。

然而，具有高曲率表面的纖維相互接觸時，在接觸區域會形成不均勻的電場分佈。

這樣的電場不利於器件在變形過程中穩定工作。

但在現實生活中，穿在身上的衣服難免有磕磕碰碰，也需日常清洗。

為使顯示織物適應外界環境的改變，乃至抵禦反覆摩擦、彎折、拉伸等外在作用力，保證發光的穩定性，研究人員通過熔融擠出方法制備出一種高彈性的透明高分子導電纖維。

在編織過程中，由於線張力的作用，該纖維與發光纖維接觸的區域發生彈性形變，並被織物交織的互鎖結構固定。

陳培寧表示，實驗結果表明，在兩根纖維發生相對滑移、旋轉、彎曲的情況下，交織發光點亮度變動範圍仍控制在5%以內，顯示織物在對摺、拉伸、按壓循環變形條件下亦能保持亮度穩定，可耐受上百次的洗衣機洗滌。

走出實驗室

除顯示織物之外，研究團隊還基於編織方法研製出光伏織物、儲能織物、觸摸傳感織物與顯示織物的功能集成系統，使製備集能量轉換與存儲、傳感與顯示等多功能於一身的織物系統成為可能。

彭慧勝提到，該系統在物聯網和人機交互領域（實時定位、智能通信、醫療輔助等方面）具有良好的應用前景。

例如，在極地科考、地質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，語言障礙人羣可以此作為高效、便捷的交流表達工具……這些場景或許在不遠的將來就能走進人們的日常生活。

現在，研究人員已經把產品從實驗室中“帶了出來”，實現了發光纖維和織物的連續化穩定製備。

這有助於推動全柔性顯示織物的規模化應用研究。

“我們期待着產業界合作者的加入，以共同解決實際應用中的具體問題。”談及顯示系統的未來發展，彭慧勝充滿期待。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03295-8