智东西（公众号：zhidxcom）

作者 | 温淑

编辑 | Panken

智东西3月11日消息，昨日，上海复旦大学高分子科学系教授彭慧胜团队的一项研究登上最新一期Nature。在该项研究中，研究人员展示了一种具备显示、穿戴、折叠、可清洗功能的新型智能电子织物，不仅能用于制作可发光围巾、手套等新型可穿戴产品，还能与键盘、蓝牙模块等集成做交互式导航显示器等。

相比现有的织物显示技术，复旦大学研发的新型织物十分“耐造”，经历100次洗涤与干燥、1000次折叠后仍具备显示功能，此外还支持电池、太阳能等多种供电方式。

这项研究名为《集成功能系统的大面积显示纺织品（Large-area display textiles integrated with functional systems）》。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03295-8

一、织物显示技术局限性：易损坏、不透气

近些年来，可穿戴电子设备取得了显著的进步。比如，此前曾有集成超薄显示器的电子功能服装等相关研究发布。

尽管如此，现有的大多数同类产品面临着易损坏、显示内容受限等问题。

现有具备显示功能的织物，通常通过在传统织物上附加或编织OLED薄膜发光器件来制造。这种制造工艺决定了织物不仅不透气，而且柔韧性较差。

此外，现有具备显示功能的织物能够显示的内容受限，一般仅能显示薄膜发光器件被预先设置好的内容。

在这背后，传统OLED器件是基于玻璃或塑料衬底，通过在阴极、阳极之间沉积多层半导体有机薄膜制成的。相比之下，要在纺织品的纤维上沉积多层半导体有机薄膜则十分困难。即使沉积成功，纺织纤维的折叠等操作，会使得半导体有机薄膜易于损坏。

更重要的是，OLED中的光发射依赖于阴极和阳极之间的载流子注入和传输，而传统织物显示技术用于编织的经纬纱线无法在半导体层和电极之间提供高质量的欧姆接触（ohmic contact ）。

二、历经 10年探索，创新经纬纱线材质

为解决现有织物显示技术的局限性，复旦大学研究团队历经约10年研发，提出了一种全新的不同材质经纬纱线组合方式。

研究人员认为，为了改良织物显示效果，需在织物的纤维交织处创造出微小的光点。因此，需要选用会发光的经纱和可导电的纬纱，再用两种纱线与棉质纱线等常见纤维编织出织物。

经过对大量不同材质的经、纬纱线组合进行测试，研究人员最终选用了一种涂有发光复合材料的镀银纱线作为经纱，一种由凝胶制程的可导电纱线作为纬纱。

最终，研究人员成功研制出一种可通过驱动电路进行控制的可发光织物。该织物支持电池、太阳能等多种供电方式，并通过绿、蓝、橙色的光点显示不同信息。

施加电流后，借助相应程序，织物中镀银纱线与导电纱线接触部位的电致发光单元，会以“唯一可识别的方式”被驱动电路识别，进而被“点亮”和传递信息。


三、 600×25厘米纺织品：超耐造还能太阳能供电

为了验证该织物性能，研究人员制作出一条6米长、25厘米宽的超长可发光“围巾”，并对其进行一系列压力测试等。

结果显示，相比现有具备显示功能的织物，复旦大学研发的创新织物的柔韧性较强。

具体来说，研究人员将该织物在户外放置1个月的时间，并对其进行100次洗涤和干燥循环、折叠1000次等操作。结果显示，测试后该织物仍具备显示功能。

另外，该织物耗电量较低，在发光时不会明显发热。

此外，研究人员还将6米长、25厘米宽的可发光织物与键盘、电源、显示驱动器、微控制器、蓝牙模块进行集成，最终制作出一款交互式导航显示器。


▲基于新型织物显示技术的交互式导航显示器示意图

研究人员认为，得益于上述特性带来的多种可能，这种织物显示技术未来或可用于帮助言语障碍人士进行交流、帮助司机在衣服上查看GPS地图、显示穿戴者情绪状态等多种场景。

目前，研究团队正在对这项织物显示技术进行改良，以增强显示亮度、增加光线颜色选择等。


▲复旦大学新型织物显示技术有多种应用可能

结语：提升 “交互性 ”成可穿戴设备重要方向

对于可穿戴设备来说，不断提升与人类交互的程度、创新交互方式是其重要发展方向。可以看到，这一点亦得到产学界的重视。

本周，国际学术顶刊Nature还发布了另一项可穿戴创新技术，在该研究中，一种可穿戴微型电网可借助人体汗液来“充能”。

或许在未来，可穿戴设备将成为延伸人自身功能的重要媒介。