背景介紹 

       應力發(fā)光是一種由于機械外力作用，在固體材料上引起的發(fā)光現(xiàn)象。應力發(fā)光纖維及纖維編織而成的織物可以在無需電源供給情況下實現(xiàn)光信號的發(fā)射，也有很好的可拉伸性和生物相容性。近年來，研究人員通過剪切、提拉等方式可得到應力發(fā)光纖維，并應用于應變傳感、自供能顯示和人體行為監(jiān)測等，證明了其在可穿戴設備領域具有巨大的應用潛力。然而，目前制備得到的應力發(fā)光纖維直徑都在近毫米范圍，遠大于常用的紡織紗線的直徑（約幾十微米），在應用于可穿戴設備時，難以滿足人們對柔性的進一步需求。因此，未來在走向實際應用的過程中，如何制備超細應力發(fā)光纖維及實現(xiàn)其連續(xù)化生產是所面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

        成果簡介 

       近日，鄭州大學金剛石光電材料與器件課題組開發(fā)了一種創(chuàng)新的粘涂方法，制備了直徑僅120微米的超細應力發(fā)光纖維。在制備過程中，通過調控PDMS前驅液黏度抑制纖維制備過程中液滴的形成，得到的應力發(fā)光復合纖維具有光滑的表面結構，優(yōu)異的ML性能和柔性。由連續(xù)應力纖維編織成的柔性平紋織物可通過手動拉伸實現(xiàn)自供能顯示；此外，將應力發(fā)光纖維縫在衣服上時，可以實現(xiàn)人體行為的可視化監(jiān)測。這種連續(xù)的超細應力發(fā)光纖維在可穿戴設備和人機交互方面具有廣闊的應用前景。

        圖文導讀 

       圖1. 超細應力發(fā)光纖維的制備和結構。（a）超細應力發(fā)光纖維的制備流程。（b）PU纖維、PU@PDMS/ZnS:Cu和應力發(fā)光纖維的SEM圖像。（c）應力發(fā)光纖維的橫截面SEM圖像。（d）應力發(fā)光纖維的橫截面高分辨?zhèn)尾噬玈EM圖像。（e）已報道的應力發(fā)光纖維的直徑。（f）打結后的應力發(fā)光纖維的圖像。（g）拉伸纖維驅動應力發(fā)光的照片。（h）拉伸織物使織物中的纖維纖產生應力發(fā)光的照片。

       圖2. 超細應力發(fā)光纖維的形成機理。（a）PU纖維浸涂不同濃度PDMS前驅液的照片。（b）不同濃度PDMS前驅液的潤濕角和液滴直徑與纖維的直徑比。（c）液體包覆膜轉換為液滴的過程示意圖。（d）不同濃度PDMS前驅液的表面張力和黏度。（e）珍珠串結構和均勻結構的纖維在應變?yōu)?0%時的應力場模擬。（f）提拉發(fā)和粘涂法制備的復合纖維的應力發(fā)光光譜。

       圖3. 超細復合纖維的應力發(fā)光性能。（a）不同應變下的應力發(fā)光光譜。（b）應力發(fā)光強度與施加應變的線性擬合關系。（c）纖維不同位置處的應力發(fā)光強度。（d）纖維不同角度處的應力發(fā)光強度。（e）5000次拉伸循環(huán)過程中，在50%應變下應力發(fā)光強度的變化。（f）5000次彎曲循環(huán)過程中，在50%應變下應力發(fā)光強度的變化。

       圖4. 應力發(fā)光纖維的連續(xù)制備。（a）應力發(fā)光纖維連續(xù)制備示意圖。（b）平紋織物結構示意圖。（c）應力發(fā)光纖維編織的平紋結構織物的實物照片。（d）折疊、卷和扭轉后的應力發(fā)光織物的照片。（e）手動拉伸應力發(fā)光織物的照片。（f）應力發(fā)光織物經過洗滌后的應力發(fā)光強度。

       圖5. 應力發(fā)光纖維應用于人體行為監(jiān)測。（a）應力發(fā)光單根纖維編織在衣物中的示意圖。（b）紫外燈下，應力發(fā)光單根纖維編織在衣物中的實物圖。（c）應力發(fā)光應用與人體行為監(jiān)測示意圖。（d）應力發(fā)光纖維應用于手勢識別。（e-g）應力發(fā)光纖維應用于腕、肘和膝關節(jié)彎曲探測。

        作者簡介 

       董林，鄭州大學物理學院教授，博士生導師。長期致力于面向人工觸覺的光電材料與器件研究。先后主持國家自然科學基金6項及其他各級各類項目7項，以通訊/第一作者發(fā)表論文53篇，其中中科院一區(qū)41篇。入選中原基礎研究領軍人才、河南省特聘教授、河南省高層次人才，獲河南省自然科學獎一等獎（排名第二）。

       單崇新，鄭州大學副校長、教授、博士生導師。國家杰出青年基金獲得者、教育部長江學者特聘教授、中國青年科技獎獲得者。主要從事寬禁帶半導體光電材料與器件研究工作，已發(fā)表學術論文300余篇，主持國家重大科研儀器研制項目、國家自然科學基金重點項目等，團隊入選全國杰出專業(yè)技術人才先進集體。

        文章信息 

       Chang S, Deng Y, Li N, et al. Continuous synthesis of ultra-fine fiber for wearable mechanoluminescent textile. Nano Research, 2023, 

       https://doi.org/10.1007/s12274-023-5587-0