我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出無需“插電”的發(fā)光發(fā)電纖維
記者近日從東華大學(xué)獲悉,該校科研人員成功研發(fā)出集無線能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型智能纖維,由其編織制成的紡織品無需依賴芯片和電池便可實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示、觸控等人機(jī)交互功能。
該成果近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》,被認(rèn)為有望改變?nèi)伺c環(huán)境以及人與人之間的交互方式,對(duì)功能性纖維開發(fā)以及智能紡織品在不同領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要啟發(fā)意義。
當(dāng)前,智能可穿戴設(shè)備已成為日常生活的一部分,并在健康監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、人機(jī)交互等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。相較于傳統(tǒng)剛性半導(dǎo)體元件或柔性薄膜器件等,由智能纖維編織成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度,但目前智能纖維開發(fā)多基于“馮?諾依曼架構(gòu)”,即以硅基芯片作為信息處理核心開發(fā)各種電子纖維功能模塊,如信號(hào)采集的傳感纖維、能量供應(yīng)的發(fā)電纖維等,復(fù)雜的多模塊集成必然增大了紡織品的體積、重量和剛性。
東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)功能材料課題組在一次實(shí)驗(yàn)中,偶然發(fā)現(xiàn)纖維在無線電場(chǎng)中發(fā)出了光。以此為基礎(chǔ),課題組開創(chuàng)性地提出“非馮?諾依曼架構(gòu)”的新型智能纖維,實(shí)現(xiàn)了將能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ芗捎趩胃w維中。
課題組成員楊偉峰表示,電磁場(chǎng)和電磁波在生活中無處不在,這些電磁能量就是這種新型纖維的無線驅(qū)動(dòng)力,而人體作為能量交互的載體,開辟了一條便捷的“通道”,使原本在大氣中耗散的電磁能量?jī)?yōu)先進(jìn)入纖維、人體、大地組成的回路。記者看到,僅是用手輕觸,這種添加了特定功能材料的新型纖維便呈現(xiàn)了發(fā)光發(fā)電的神奇景象。
據(jù)介紹,新型纖維具有三層鞘芯結(jié)構(gòu),芯層為感應(yīng)交變電磁場(chǎng)的纖維天線(鍍銀尼龍纖維)、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層、外層為電場(chǎng)敏感的發(fā)光層,原材料成本低,纖維和織物的加工都已有成熟工藝。
在不使用芯片和電池的情況下,科研人員還通過這種新型纖維實(shí)現(xiàn)了織物顯示、無線指令傳輸?shù)裙δ堋@w維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東華大學(xué))研究員侯成義表示,新型纖維有望運(yùn)用到服裝服飾等日用紡織品中,當(dāng)它們接觸人體時(shí),可通過發(fā)光進(jìn)行可視化的傳感、交互甚至高亮照明,還能對(duì)人體不同姿態(tài)動(dòng)作產(chǎn)生獨(dú)特的無線信號(hào),進(jìn)而對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行無線遙控,這些新功能或會(huì)改變?nèi)藗冎腔凵畹姆绞健?/p>
課題組表示,深入研究如何讓新型纖維更有效地從空間中收集能量,并以此驅(qū)動(dòng)包括顯示、變形、運(yùn)算等在內(nèi)的更多功能,將是團(tuán)隊(duì)下一階段的工作。
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