黑科技!不插电的衣服会发光

作者: 李晨阳

来源: 中国科学报

发布日期: 2024-04-08 19:34:47

东华大学科研团队开发了一种新型智能纤维,能够聚集大气中耗散的电磁能量并产生电信号,不需额外电源,只需人体轻轻碰触就能发光发亮。这种纤维具有3层鞘芯结构,采用市面上常见的原材料,成本低廉,已经具备量产能力。该技术有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式,对功能性纤维的开发以及智能纺织品在不同领域的应用具有重要启发意义。

穿上一身由发光纤维织就的衣服,你就是街头最“亮”的仔。但是,传统发光纤维总是离不开芯片和电池,这就让相应的纺织产品体积更大、分量更重,很难做得柔软、轻盈。近日,东华大学科研团队在《科学》上发表了一篇有趣的论文。他们研发了一款集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维。这种“黑科技”纤维能聚集大气中耗散的电磁能量并产生电信号,不需额外电源,只需人体轻轻碰触就能发光发亮。

随着科技的不断发展,智能可穿戴设备逐渐成为人们生活的一部分。这些设备不仅可以作为服饰,还能发挥健康监测、远程医疗和人机交互等功能。相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等,由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度,是理想的可穿戴设备载体。

位于上海的东华大学,历史可追溯至1912年由实业家张謇创办的纺织染传习所,在纺织、材料等学科领域有着深厚的积累。时代的变迁对“纺织”这个传统学科提出了更高的要求。如今,东华大学正致力于赋予纺织纤维材料崭新的内涵,为航天航空、重大建筑工程、环境保护等领域提供支持。

在记者面前,东华大学材料科学与工程学院博士研究生杨伟峰把一小块织物放在电磁波发射装置旁边,织物上有智能纤维制作的格子状刺绣。

只要用手指轻轻划过这块刺绣,就能看到像俄罗斯方块一样闪烁的光点。“不插电”就能发光发电,这背后的奥秘究竟是什么?在日常生活中,电磁场和电磁波无处不在,散布在环境中的电磁能量就是这种新型纤维的无线驱动力。当人体接触到智能纤维时,就相当于承担了能量交互载体的角色,开辟了一条便捷的能量“通道”,让原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路。

这种“人体耦合”的新型能量交互机制,能在不知不觉中、没有任何额外能耗地让新型纤维发光发电。杨伟峰介绍,这款新型纤维具有3层鞘芯结构,采用的均是市面上比较常见的原材料——芯层为感应交变电磁场的纤维天线,即镀银尼龙纤维;中间层为提高电磁能量耦合容量的介电层,即BaTiO3复合树脂;外层为电场敏感的发光层,即ZnS复合树脂。

《科学》还邀请美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校以及麻省理工学院的专家对该成果进行了评述报道,评述与论文同期刊发。评述指出,该成果有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式,对功能性纤维的开发以及智能纺织品在不同领域的应用具有重要的启发意义。

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