厉害！复旦大学《Nature》成果登上《新闻联播》

编辑推荐：你有设想过“穿”在身上的显示器吗？融器件功能、纺织方法、织物形态于一体，在我们穿的衣服上浏览资讯、收发讯息、事件备忘……日前，复旦大学成功将显示器件的制备与织物编织过程实现融合，相关成果发表在Nature，近期被《新闻联播》报道。

显示器，是现代电子产品的基本组成部分。将显示器集成到纺织品中，为智能电子纺织品，提供了令人兴奋的机会——这是可穿戴技术的终极目标，有望改变人类与电子设备交互的方式。显示纺织品的作用，是架起人机交互的桥梁，例如，它为有语音或言语障碍的个人，提供了实时交流工具。很早之前，人类就已经报道过，能够通信、感应和供电的电子纺织品。然而，具有功能性、大面积显示功能的纺织品，还没有实现，因为要获得既耐用又易于在大面积内组装的小型照明单元，挑战性很大。

近日，来自复旦大学的陈培宁&彭慧胜等研究者，报告了一个6米长，25厘米宽的显示织物，包含5×10⁵电致发光单元(EL)，间距约为800微米。可以聊天导航、水洗折叠！相关论文以题为“Large-area display textiles integrated with functional systems”发表在Nature上。更多精彩专业视频请抖音搜索"材料科学网"。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03295-8

显示设备，已经从刚性面板发展到柔性薄膜。然而，电子纺织品的配置和制造，与传统的薄膜设备不同，例如，目前用于制造柔性显示器的有机发光二极管(OLEDs)。一方面，纺织品由纤维编织而成，形成粗糙的多孔结构，可以变形并适应人体轮廓。另一方面，OLED是通过，在阴极和阳极电极之间，沉积多层半导体有机薄膜制成的，这些薄膜被放置在玻璃或塑料等平面基板上。因此，当附着在纺织品的粗糙和可变形表面时，这些薄膜装置往往表现不佳或随着时间的推移而失效。在适合编织成柔性展示纺织品的纤维上沉积有机薄膜，也非常困难，因为这些薄膜太脆弱，无法承受编织过程中的摩擦。用于制造OLED的蒸发法，不适于大规模制造纤维电极。

更重要的是，因为OLED中的光发射，依赖于阳极和阴极之间的载流子注入和传输，编织经纱和纬纱不能为照明提供，足够高质量的电极和半导体层之间的欧姆接触。尽管光纤、聚合物发光电化学电池纤维和交流电致发光纤维等纤维发光器件，可以编织到照明纺织品中，但它们通常仅能显示预先设计的图案。不能根据输入的数字信号，动态地实时控制像素——如在标准的显示应用程序中，如计算机和移动电话——是一个相当大的限制。

研究者利用电场驱动的ZnS磷光体器件，编织了一种显示织物。与OLED器件不同的是，分散在绝缘聚合物基体中的ZnS荧光粉，可以通过在聚合物基体上交变电场来激活。这种电场驱动的设备，只需要纬线和经线之间的空间接触就能发光，这使得它们在本质上经久耐用，适合大规模生产。

研究者制作了一个6 m× 25 cm(长×宽)的大面积显示织物，包含大约5 × 10⁵个EL单元(见动画1)。600 EL单元发射强度的相对偏差变化<8%(图1c, d)。如此微小的强度差异表明，这些纤维非常适合大规模生产大面积展示纺织品。经过1000次弯曲(图1e)、拉伸(图1f)和挤压(图1g)后，绝大多数EL单元的强度保持稳定(变化<10%)。而且，绝大多数EL单元在不同方向反复折叠后，强度变化幅度均为15%，且在每个方向折叠10000次后，EL单元在折线处的强度保持稳定，具有比传统薄膜显示器优越的耐久性。研究者还通过在ZnS荧光粉中掺杂不同的元素，如铜和锰，得到了具有均匀间距EL单元的彩色织物(图1h)(图1i)。基于纺织品的项目区，研究者获得了平均亮度122 cd m^-2，与商业平面显示器(100-300 cd m^-2)相当。

图1 显示织物的结构与电致发光性能。

图2 显示织物导电单元的表征。

图3 综合纺织系统的应用场景。

综上，研究者提出了一种功能性的大面积展示纺织品，通过将导电和发光纤维与棉纱编织在一起，直接在纺织品内部形成EL单元。研究者的方法简单，可以将键盘、电源等其他电子功能编织到织物上，形成一个多功能的综合纺织系统，适用于各种应用。由于纬纱和经纱的网状结构，研究者的显示织物中的每个EL单元，都可以通过驱动电路以可编程的方式，进行识别和点亮。研究者证明了这种电子纺织品，可以作为一种有用的通讯工具。随着更多功能的整合，这些“智能纺织品”，可作为未来的通信工具。（文：水生）