发光纤维。东华大学供图

　　■记者 李晨阳

　　穿上一身由发光纤维织就的衣服，你就是街头最“亮”的仔。

　　但是，传统发光纤维总是离不开芯片和电池，这就让相应的纺织产品体积更大、分量更重，很难做得柔软、轻盈。

　　近日，东华大学科研团队在《科学》上发表了一篇有趣的论文。他们研发了一款集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维。这种“黑科技”纤维能聚集大气中耗散的电磁能量并产生电信号，不需额外电源，只需人体轻轻碰触就能发光发亮。

　　植根传统，结出创新果实

　　随着科技的不断发展，智能可穿戴设备逐渐成为人们生活的一部分。这些设备不仅可以作为服饰，还能发挥健康监测、远程医疗和人机交互等功能。

　　相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等，由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度，是理想的可穿戴设备载体。

　　位于上海的东华大学，历史可追溯至1912年由实业家张謇创办的纺织染传习所，在纺织、材料等学科领域有着深厚的积累。时代的变迁对“纺织”这个传统学科提出了更高的要求。如今，东华大学正致力于赋予纺织纤维材料崭新的内涵，为航天航空、重大建筑工程、环境保护等领域提供支持。

　　这次发表于《科学》的成果，也是智能纤维领域结出的一枚硕果。

　　据研究人员介绍，当前，世界上的智能纤维开发多基于所谓的“冯·诺依曼架构”，即以硅基芯片作为信息处理核心开发各种电子纤维功能模块，如信号采集的传感纤维、信号传输的导电纤维、信息显示的发光纤维、能量供应的发电纤维等。尽管这些功能模块可组合制成织物形态，但对芯片和电池的依赖性强，织物的体积、重量和刚性都比较大，难以同时满足人们对纺织品功能性和舒适性的需求。

　　而这一次，东华大学科研团队开创性地提出了“非冯·诺依曼架构”的新型智能纤维，将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中，并通过编织制成了不依赖芯片和电池的智能纺织品。

　　无线发电，点亮智慧生活

　　在记者面前，东华大学材料科学与工程学院博士研究生杨伟峰把一小块织物放在电磁波发射装置旁边，织物上有智能纤维制作的格子状刺绣。只要用手指轻轻划过这块刺绣，就能看到像俄罗斯方块一样闪烁的光点。

　　“不插电”就能发光发电，这背后的奥秘究竟是什么？

　　在日常生活中，电磁场和电磁波无处不在，散布在环境中的电磁能量就是这种新型纤维的无线驱动力。当人体接触到智能纤维时，就相当于承担了能量交互载体的角色，开辟了一条便捷的能量“通道”，让原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路。

　　这种“人体耦合”的新型能量交互机制，能在不知不觉中、没有任何额外能耗地让新型纤维发光发电。

　　杨伟峰介绍，这款新型纤维具有3层鞘芯结构，采用的均是市面上比较常见的原材料——芯层为感应交变电磁场的纤维天线，即镀银尼龙纤维；中间层为提高电磁能量耦合容量的介电层，即BaTiO3 复合树脂；外层为电场敏感的发光层，即ZnS复合树脂。

　　由于成本低廉，而且纤维和织物的加工都能够采用成熟的工艺实现，因此，尽管这是一项新技术，却已经具备了量产能力。

　　纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）研究员侯成义介绍：“这种纤维能够应用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中。当与人体接触时，它们通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，同时还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号，进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。这些新颖的功能有望拓展电子产品的应用场景，甚至改变人们智慧生活的方式。”

　　“这项研究涉及材料、信息、纺织等多个学科。”东华大学材料科学与工程学院研究员张青红说，“学科交叉融合是当前科研创新的新趋势，我们在平时的教学实践中，特别注重鼓励引导学生聚焦学术前沿，开展多学科交叉融合创新研究，这样才能产出更多具有突破性的成果。”

　　同行评价：创立新型交互方式

　　《科学》还邀请美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校以及麻省理工学院的专家对该成果进行了评述报道，评述与论文同期刊发。

　　评述指出，该成果有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式，对功能性纤维的开发以及智能纺织品在不同领域的应用具有重要的启发意义。在基础研究方面，因为该智能纤维和纺织品能够在不干扰人们日常活动的情况下不知不觉地大规模采集身体触觉数据，因此能够更高效和便捷地收集人体与外界交互过程中的物理信息，有望促进人体物理交互研究基础模型的发展。

　　记者了解到，东华大学先进功能材料课题组一直致力于智能纤维材料与器件的研究，从2012年研究石墨烯导电纤维开始，到2016年研发出电致变色纤维，再到2018年搭建成首条电致变色和力致发电纤维生产线，最终实现连续化、规模化制备。随后，团队又相继研发出可连续制备的传感纤维、发光纤维、调温纤维……一系列成果为深化智能纤维领域研究奠定了基础。

　　“下一阶段工作，我们将深入研究如何让这种新型纤维更有效地从空间收集能量，并以此驱动更多功能，包括显示、变形、运算、人工智能等。相信在不久的将来，智能服装能做更多事，人会变得更加强大，对于环境也会有更好的适应性。”该课题组组长、纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）教授王宏志说。

原文链接：https://kjt.hebei.gov.cn/www/kxpj22/kxbl56/302636/index.html
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