柔性显示器件是智能纺织品实现人机交互的核心功能单元。然而,传统薄膜状柔性电致发光器件普遍存在透气性差的问题,长期穿戴的舒适性受到明显限制。因此,亟需开发具备可编织性和优异柔韧性的电致发光纤维,以满足可穿戴应用对舒适性与功能性的双重需求。
近期,浙江理工大学胡毅教授团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Fluorescent Dye-Enhanced ACEL Fibers for Omnidirectional Luminescence and Voice-Interactive Human-Machine Interfaces”的研究成果。 该工作通过结合共轭电纺和溶液浸涂技术连续制备工艺,构建出多色交流电致发光(ACEL)纤维器件。将ACEL纤维与具备语音和音量识别功能的声音传感驱动模块集成在一起,从而扩大其在听障人士通信、高噪声环境预警和医疗呼吸声监测等领域的潜在应用,为可穿戴光电系统、交互纺织与多功能电子纺织平台开辟新路径。 如图1所示,ACEL纤维的连续制造融合共轭电纺与溶液浸涂技术,包括6个关键步骤:(I)共轭静电纺丝成形发光层,(II)浸涂介质层,(III)包缠铜丝外电极,(IV)等离子体表面改性,(V)浸涂银纳米线(AgNWs)外电极,(VI)浸涂封装层。 图1 基于ACEL纤维的声音传感显示系统的设计、制造及集成 如图2所示,该工作在团队前期多色平面柔性ACEL器件的基础上,进一步于原始ACEL纤维的ZnS:Cu/PVDF-HFP发光层表面浸涂荧光染液,构筑颜色转换层,实现多色发射并提升光谱输出。该策略为荧光染料增强型多色ACEL纤维的连续化与批量化生产提供了新路径。 图2 ACEL纤维的颜色调节特性 图3系统表征了无颜色转换层ACEL纤维在不同驱动电压和频率下的电致发光特性。ACEL纤维的电致发光亮度随交流电压和驱动电压频率的提升而显著增强;同时,频率升高使EL光谱明显蓝移,实现绿到蓝的可见变色,该现象在含颜色转换层的ACEL纤维中亦同步出现。 图3 ACEL纤维的发光性能 如图4所示,为评估ACEL纤维的可加工性和织物集成度,研究织造出平纹ACEL织物;平纹结构使纤维均匀分布,在机械变形下仍保持电致发光稳定。经系列耐久性验证,其机械与环境稳定性契合可穿戴电子纺织品需求。 图4 ACEL织物的稳定性 如图5所示,为进一步探索ACEL纤维的多功能性和色彩多样性,研究采用传统编织和手工刺绣技术,制作出“吉祥结”“ZSTU”“醒狮”等发光显示图案,并手工刺绣成文本类图案,随后耦合声音传感EL驱动模块集成,构筑声音传感显示系统。该系统借助驱动模块的英语语音识别和声音分贝检测功能,可有效将准确识别的声音信号转换为视觉反馈,适配多场景应用。 图5 ACEL纤维在智能纺织品和交互系统中的应用



