Masseproduceret, kommercielt lovende flerfarvet fotokrom fiber

Fiber, som det bærbare materiale med den længste anvendelse i menneskehedens historie, er i øjeblikket et ideelt substrat til bærbare enheder på grund af dets fremragende åndbarhed, fleksibilitet og evne til at tilpasse sig perfekt til den menneskelige krops 3D uregelmæssige form. Som et middel til visualisering inden for funktionelle fibre bryder lys-emitterende fibre stivheden af ​​den traditionelle skærmgrænseflade og forventes at blive en ny interaktionsgrænseflade.

De nuværende kommercielle lysemitterende fibre er optiske polymerfibre og Corning Fibrance lysspredende fibre. Disse fibre anvender kunstige riller eller luftspalter til at forstyrre de totale interne refleksionsforhold og inducerer således aktivt lyslækage. Imidlertid kan lysstyrkens ensartethed i transmissionen og omkredsretningen ikke garanteres på grund af transmissionstab og kunstige defekter, hvilket i væsentlig grad begrænser deres anvendelse som linjelyskilder.

I et nyt papir offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Guangming Tao fra Huazhong University of Science and Technology, og professor Yan-Qing Lu fra Nanjing University har opnået en meget fleksibel, ensartet selvlysende fotokrom fiber baseret på en masseproducerbar termisk tegnemetode.

Holdet brugte fluorescerende materialer på polymer optisk fiber til at regulere dets eksterne strålingsspektrum og opnå ensartet luminescens gennem mætningseffekten. De opnåede også bred farveskalakontrol i en enkelt fiber ved at optimere fiberstrukturen for at blande RGB-primærfarverne.

Forskerholdet integrerede de kontrollerbare fotokrome fibre i forskellige bærbare interaktive grænseflader, som realiserede diversificerede interaktioner såsom følelser og kommunikation ved at bruge dagligt tøj og gav en ny måde at realisere menneske-computer-interaktion. Det forventes at bringe nye ændringer til den menneskelige livsstil inden for kommunikation, navigation, sundhedspleje, wearables og tingenes internet.

Ved at drage fordel af den strukturelle designbarhed og diversificerede regulering af kompositpræforme bruger forfatterne polymethylmethacrylatmateriale som det indre lysledende lag og integrerer fluorescerende kompositmateriale med et lavere brydningsindeks i det ydre lag.

Denne koaksiale struktur giver mulighed for total intern refleksion af lys inde i fiberen, mens bølgelængdekonverteringseffekten af ​​det fluorescerende materiale udnyttes til at opnå en ensartet og omfattende lysemission.

Samtidig, efter princippet om RGB-farveblanding, er flere lysledende kernelag og fluorescerende materialer med forskellige farver indkapslet inde i en enkelt fiber for at realisere reguleringen af ​​et flerfarvet system. Endelig er de fysisk og kemisk stabile PVDF-materialer integreret i ydersiden af ​​fiberen for at opnå forsegling og beskyttelse af de funktionelle materialer.

"Den fotokrome fiber, vi har designet, overvinder hovedsageligt de eksisterende lysemitterende fibre i tre aspekter af defekterne:1) opnåelse af ensartet og omfattende lysemission ved at udnytte bølgelængdekonverteringseffekten af ​​det fluorescerende materiale. 2) Udnyttelse af egenskaberne ved flere bølgeledere kernelag inden for en flerkernefiber, der kan styres individuelt i segmenter og opnå en bredere farveskalaregulering i en enkelt fiber ved at modulere lyskildens lysstyrke i de koblede kernelag 3) Hundrede meter forberedelse baseret på den industrielle termiske tegning proces, der overvinder manglerne ved traditionel selvlysende fiberforberedelse, såsom lang cyklustid, kort effektiv længde og høje forberedelsesomkostninger."

"Den høje produktionseffektivitet af fotokrome fibre gør det lettere at imødekomme den betydelige efterspørgsel efter tekstilindustrielle forsyninger. Disse fibre kan nemt inkorporeres i forskelligt dagligt slid gennem sy- og strikketeknikker, hvilket giver en ny tilgang til at opnå fleksible bærbare interaktive grænseflader."

"Vi forsøger at integrere det i flere bærbare interaktionsscenarier for at demonstrere gennemførligheden af ​​fotokrome fibre som et hjælpekommunikationsteknologiværktøj og også give en ny måde at tænke på for den multimodale integration af smarte tekstiler. Uden at rejse bekymringer om privatlivets fred kunne dette gennembrud åbne op for nye områder for fremtidige smarte byer, smarte hjem, menneske-computer-grænseflader og sundhedsovervågning," siger forskerne.

Flere oplysninger: Pan Li et al, Bærbar og interaktiv flerfarvet fotokrom fiberskærm, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01383-8

Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer

Leveret af Chinese Academy of Sciences