我國科學家研發(fā)出無需“插電”的發(fā)光發(fā)電纖維
記者近日從東華大學獲悉，該校科研人員成功研發(fā)出集無線能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型智能纖維，由其編織制成的紡織品無需依賴芯片和電池便可實現(xiàn)發(fā)光顯示、觸控等人機交互功能。
該成果近日發(fā)表于國際學術期刊《科學》，被認為有望改變人與環(huán)境以及人與人之間的交互方式，對功能性纖維開發(fā)以及智能紡織品在不同領域的應用具有重要啟發(fā)意義。
當前，智能可穿戴設備已成為日常生活的一部分，并在健康監(jiān)測、遠程醫(yī)療、人機交互等領域發(fā)揮著重要作用。相較于傳統(tǒng)剛性半導體元件或柔性薄膜器件等，由智能纖維編織成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度，但目前智能纖維開發(fā)多基于“馮·諾依曼架構”，即以硅基芯片作為信息處理核心開發(fā)各種電子纖維功能模塊，如信號采集的傳感纖維、能量供應的發(fā)電纖維等，復雜的多模塊集成必然增大了紡織品的體積、重量和剛性。
東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在一次實驗中，偶然發(fā)現(xiàn)纖維在無線電場中發(fā)出了光。以此為基礎，課題組開創(chuàng)性地提出“非馮·諾依曼架構”的新型智能纖維，實現(xiàn)了將能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ芗捎趩胃w維中。
新型智能纖維的工作機制及觸控發(fā)光、無線游戲操控的演示。（受訪單位供圖）
課題組成員楊偉峰表示，電磁場和電磁波在生活中無處不在，這些電磁能量就是這種新型纖維的無線驅動力，而人體作為能量交互的載體，開辟了一條便捷的“通道”，使原本在大氣中耗散的電磁能量優(yōu)先進入纖維、人體、大地組成的回路。記者看到，僅是用手輕觸，這種添加了特定功能材料的新型纖維便呈現(xiàn)了發(fā)光發(fā)電的神奇景象。
據(jù)介紹，新型纖維具有三層鞘芯結構，芯層為感應交變電磁場的纖維天線（鍍銀尼龍纖維）、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層、外層為電場敏感的發(fā)光層，原材料成本低，纖維和織物的加工都已有成熟工藝。
在不使用芯片和電池的情況下，科研人員還通過這種新型纖維實現(xiàn)了織物顯示、無線指令傳輸?shù)裙δ?。纖維材料改性國家重點實驗室（東華大學）研究員侯成義表示，新型纖維有望運用到服裝服飾等日用紡織品中，當它們接觸人體時，可通過發(fā)光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明，還能對人體不同姿態(tài)動作產生獨特的無線信號，進而對電子產品進行無線遙控，這些新功能或會改變人們智慧生活的方式。
課題組表示，深入研究如何讓新型纖維更有效地從空間中收集能量，并以此驅動包括顯示、變形、運算等在內的更多功能，將是團隊下一階段的工作。
