你想過將顯示器穿在身上嗎？“織物顯示”的漫漫求索路

從模糊到清晰，從單色到彩色，從笨重到輕薄……近幾十年來，顯示器作為電子設備的重要輸出端不斷更新迭代，由最初的陰極射線管顯示、液晶顯示、有機發光二極管顯示發展至現在的柔性薄膜顯示，取得了長足進步。

你曾設想過將顯示器穿在身上嗎?集器件功能、紡織方法、織物形態于一體，在我們穿的衣服上瀏覽咨詢、收發訊息、進行事件備忘……這是研究者近年來著力探尋的方向。

然而，如何將顯示功能有效集成到電子織物中，同時確保織物的柔軟、透氣導濕、適應復雜形變等特性，是智能電子織物領域面臨的一大難題。

記者獲悉，日前，在國家重點研發計劃“納米科技”重點專項的資助下，復旦大學高分子科學系教授彭慧勝領銜的研究團隊自主研發出全柔性織物顯示系統，相關成果以《大面積顯示織物及其功能集成系統》為題在線發表于《自然》雜志主刊。

突破傳統，“織物顯示”漫漫求索路

織物顯示求索之旅絕不是一條坦途。近十多年來，彭慧勝帶領的研究團隊始終致力于智能高分子纖維與織物研發。

2009年，團隊提出聚丁二炔與取向碳納米管復合以制備新型電致變色纖維的研究思路，然而，電致變色僅在白天可見，晚上則無法被有效應用，使用時域大打折扣。

2015年，團隊在涂覆方法方面取得突破，成功解決了共軛高分子活性層在高曲率纖維電極表面均勻成膜的難題，提出并實現了纖維聚合物發光電化學池，并通過將其編成織物實現了不同的發光圖案。但此種方法也有局限，經由發光纖維編織所顯示的圖案數量非常有限，無法實現平面顯示器中基于發光像素點的可控顯示。

如何在柔軟且直徑僅為幾十至幾百微米的纖維上構建可程序化控制的發光點陣列，是困擾團隊甚至這個領域的一大難題。

彭慧勝團隊適時轉換思路。“在織物編織過程中，經緯線的交織可以自然地形成類似于顯示器像素陣列的點陣。”以此為靈感，團隊著眼于研制兩種功能纖維——負載有發光活性材料的高分子復合纖維和透明導電的高分子凝膠纖維，通過兩者在編織過程中的經緯交織形成電致發光單元，并通過有效的電路控制實現新型柔性顯示織物。

“這就是我們用于編織的發光纖維材料。”彭慧勝拿起一卷纏繞于紡錘上的纖維介紹道。這些直徑不足半毫米的纖維材料，實驗案臺上還有多卷，顏色各異，乍一看與生活中的尋常紗線類似。“而當我們給它們通上電，它們就顯示出了獨特一面——會發出明亮的光。”他拿起手邊的一件衛衣，展示其基本功能，衛衣上的復旦大學校徽由發藍光的纖維編織而成，接通電源后，藍色的校徽圖案在室內清晰可辨。

是什么使織物擁有了顯示特性?其內在結構如何?“顯示織物內呈現獨特的搭接結構，由發光經線和導電緯線交錯而成。”彭慧勝解釋道，從橫截面方向看，其中一根為涂覆有發光材料的導電紗線，另一根透明導電纖維通過編織與其經緯搭接。施加交流電壓后，位于發光纖維上的高分子復合發光活性層在搭接點區域被電場激發，就形成了一個個發光“像素點”。

在電場的激發下，電極和發光層憑借物理搭接即可實現有效發光，該方法可以將發光器件制備與織物編織過程相統一，利用工業化編織設備，實現了長6米、寬0.25米、含約50萬個發光點的發光織物，發光點之間最小的間距為0.8毫米，能初步滿足部分實際應用的分辨率需求。通過更換發光材料，還可實現多色發光單元，得到多彩的顯示織物。

彎折、水洗都不怕，顯示均勻且穩定

比起傳統的平板發光器件，發光纖維直徑可在0.2毫米至0.5毫米之間精確調控，奠定了其超細、超柔的特性。以此為材料一針一線梭織而成的衣物，可緊貼人體不規則輪廓，像普通織物一樣輕薄透氣，確保良好的穿著舒適度。