发光学报 | 基于力致发光的视觉交互智能织物

智能可穿戴、智慧生活等领域的兴起促进了智能纤维与纺织品技术的发展，其中力致发光纤维与织物能够将人体的动作转化为可见光，在可视化交互应用中具有独特的优势。

近日，东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组联合安踏（中国）有限公司在《发光学报》发表了题为“高性能ZnS:Cu基力致发光弹性体及其在视觉交互织物中的应用”的研究文章。

本工作通过弹性聚合物基体网络结构调控、刚性粒子掺杂等方法增加应力传递位点，提高了ZnS:Cu复合弹性体的力致发光强度；通过挤出包覆、3D打印、丝网印刷等工艺实现了力致发光纤维和纺织品的连续化和图案化制备，改善了力致发光纺织品的响应灵敏度和穿戴舒适性问题，其在可穿戴传感、运动健康监测、智慧交通警示等方向具有潜在的应用价值。

1. 背景

力致发光（Mechanoluminescence，ML）是指材料在受到机械应力的作用，如摩擦、挤压、碰撞、破碎以及超声等产生的发光现象，为可视化力学传感提供了可能。该研究团队曾提出利用力致发光技术辅助电学传感纤维，实现可视化与数字化协同的智能交互纤维电子器件（Advanced Materials, 2021, 33：2104681）。

然而，将力致发光材料应用于纤维与织物中的低成本、规模化加工方法仍有待开发，力致发光纤维的灵敏度和穿戴舒适性还需进一步提升。

2. 基体网络结构对复合弹性体力致发光的影响

图1：单一网络体系（a）与高密度双网络体系（b）的力致发光示意图

本工作提出利用多组分聚合物的“双网络”结构提高ZnS:Cu复合弹性体的力致发光强度。双网络结构的聚合物通常具有更高密度的交联点，相比于单组分的聚合物基体，它能够把无机发光粒子“包裹”得更紧密，因此在外力作用下，双网络聚合物基体能够更高效地将应力传输到发光粒子上，实现发光亮度的增强。

3. 纳米粒子对复合弹性体力致发光的影响

图2：不同刚性粒子添加量对ZnS:Cu复合弹性体力致发光强度的影响

此外，本工作进一步提出在聚合物基体中添加刚性粒子辅助应力传递。随着不同种类、尺寸、添加量的刚性粒子添加，复合弹性体的力致发光强度获得了优化，甚至成倍增加。

 4. 基于ZnS:Cu基力致发光弹性体的可视化传感服装

图3：力致发光纤维、织物、服装展示

基于上述材料改性方案，开发了适合纤维与面料加工的“浆料”原材料，通过改进的熔融挤出、3D打印、丝网印刷等工艺实现了力致发光纤维与纺织品的批量制备，获得的力致发光服装初步应用于夜跑安全警示、运动监测和训练管理。

图4：服装的发光效果展示

| 论文信息 |

王玥,杨伟峰,陈浩廷等.高性能ZnS∶Cu基力致发光弹性体及其在视觉交互织物中的应用[J].发光学报,2022,43(10):1609-1619. 

https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20220233

| 东华大学先进功能材料课题组简介 |

东华大学先进功能材料课题组一直从事智能变色/变形、能源转换与储存、传感与催化等功能材料的研究，特别是针对智能服装的应用，开发了一系列柔性可穿戴的功能材料与纤维器件。近年来，课题组主持了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点基金等重要项目，在光电子纤维、人机交互、智能服装等领域取得了系列进展（Science, 2022, 377：815. Science, 2019, 365：150. Nat. Commun.，2019, 10：5541. Nat. Commun.，2019, 10：868. Adv. Mater.，2021, 33：2104681. Adv. Mater.，2021, 33：2100782. Adv. Mater.，21, 3023：2007352. ACS Nano， 2022, doi.org/10.1021/acsnano.2c08961. ACS Nano，2022, 16：2188. ACS Nano，2022, 16：12635. ACS Nano，2018, 12：3759.）。所获成果受到Nature，Science等国际主流学术刊物与媒体的广泛报道，入选“伟大的变革—庆祝改革开放四十周年大型展览”。课题组长期欢迎材料、信息、纺织、服装等领域的博士后、博士研究生、硕士研究生加入！

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