智能可穿戴、智慧生活等領(lǐng)域的興起促進(jìn)了智能纖維與紡織品技術(shù)的發(fā)展，其中力致發(fā)光纖維與織物能夠?qū)⑷梭w的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為可見光，在可視化交互應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

近日，東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)功能材料課題組聯(lián)合安踏（中國）有限公司在《發(fā)光學(xué)報(bào)》發(fā)表了題為“高性能ZnS:Cu基力致發(fā)光彈性體及其在視覺交互織物中的應(yīng)用”的研究文章。

本工作通過彈性聚合物基體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)控、剛性粒子摻雜等方法增加應(yīng)力傳遞位點(diǎn)，提高了ZnS:Cu復(fù)合彈性體的力致發(fā)光強(qiáng)度；通過擠出包覆、3D打印、絲網(wǎng)印刷等工藝實(shí)現(xiàn)了力致發(fā)光纖維和紡織品的連續(xù)化和圖案化制備，改善了力致發(fā)光紡織品的響應(yīng)靈敏度和穿戴舒適性問題，其在可穿戴傳感、運(yùn)動(dòng)健康監(jiān)測(cè)、智慧交通警示等方向具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

1. 背景

力致發(fā)光（Mechanoluminescence，ML）是指材料在受到機(jī)械應(yīng)力的作用，如摩擦、擠壓、碰撞、破碎以及超聲等產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象，為可視化力學(xué)傳感提供了可能。該研究團(tuán)隊(duì)曾提出利用力致發(fā)光技術(shù)輔助電學(xué)傳感纖維，實(shí)現(xiàn)可視化與數(shù)字化協(xié)同的智能交互纖維電子器件（Advanced Materials, 2021, 33：2104681）。

然而，將力致發(fā)光材料應(yīng)用于纖維與織物中的低成本、規(guī)模化加工方法仍有待開發(fā)，力致發(fā)光纖維的靈敏度和穿戴舒適性還需進(jìn)一步提升。

2. 基體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合彈性體力致發(fā)光的影響

圖1：單一網(wǎng)絡(luò)體系（a）與高密度雙網(wǎng)絡(luò)體系（b）的力致發(fā)光示意圖

本工作提出利用多組分聚合物的“雙網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)提高ZnS:Cu復(fù)合彈性體的力致發(fā)光強(qiáng)度。雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物通常具有更高密度的交聯(lián)點(diǎn)，相比于單組分的聚合物基體，它能夠把無機(jī)發(fā)光粒子“包裹”得更緊密，因此在外力作用下，雙網(wǎng)絡(luò)聚合物基體能夠更高效地將應(yīng)力傳輸?shù)桨l(fā)光粒子上，實(shí)現(xiàn)發(fā)光亮度的增強(qiáng)。

3. 納米粒子對(duì)復(fù)合彈性體力致發(fā)光的影響

圖2：不同剛性粒子添加量對(duì)ZnS:Cu復(fù)合彈性體力致發(fā)光強(qiáng)度的影響

此外，本工作進(jìn)一步提出在聚合物基體中添加剛性粒子輔助應(yīng)力傳遞。隨著不同種類、尺寸、添加量的剛性粒子添加，復(fù)合彈性體的力致發(fā)光強(qiáng)度獲得了優(yōu)化，甚至成倍增加。

 4. 基于ZnS:Cu基力致發(fā)光彈性體的可視化傳感服裝

圖3：力致發(fā)光纖維、織物、服裝展示

基于上述材料改性方案，開發(fā)了適合纖維與面料加工的“漿料”原材料，通過改進(jìn)的熔融擠出、3D打印、絲網(wǎng)印刷等工藝實(shí)現(xiàn)了力致發(fā)光纖維與紡織品的批量制備，獲得的力致發(fā)光服裝初步應(yīng)用于夜跑安全警示、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和訓(xùn)練管理。

圖4：服裝的發(fā)光效果展示

| 論文信息 |

王玥,楊偉峰,陳浩廷等.高性能ZnS∶Cu基力致發(fā)光彈性體及其在視覺交互織物中的應(yīng)用[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2022,43(10):1609-1619. 

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

| 東華大學(xué)先進(jìn)功能材料課題組簡介 |

東華大學(xué)先進(jìn)功能材料課題組一直從事智能變色/變形、能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存、傳感與催化等功能材料的研究，特別是針對(duì)智能服裝的應(yīng)用，開發(fā)了一系列柔性可穿戴的功能材料與纖維器件。近年來，課題組主持了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金等重要項(xiàng)目，在光電子纖維、人機(jī)交互、智能服裝等領(lǐng)域取得了系列進(jìn)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.）。所獲成果受到Nature，Science等國際主流學(xué)術(shù)刊物與媒體的廣泛報(bào)道，入選“偉大的變革—慶祝改革開放四十周年大型展覽”。課題組長期歡迎材料、信息、紡織、服裝等領(lǐng)域的博士后、博士研究生、碩士研究生加入！

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