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ファジーからクリア、モノクロからカラー、かさばるから軽くて薄い...過去数十年にわたって、ディスプレイは、最初のブラウン管ディスプレイから、電子機器の重要な出力端子として継続的に更新され、繰り返されてきました。液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイへ現在のフレキシブルフィルムは大きな進歩を遂げたことを示しています。
モニターが体に「装着」されていることを考えたことはありますか？デバイスの機能、織り方、生地の形の組み合わせ、ブラウジングとコンサルティング、メッセージの送受信、着ている服のイベントメモ…これが近年研究者が模索している方向性です。この種のインテリジェントな電子ファブリックは、従来の繊維製造と、モノのインターネット、人間とコンピューターの相互作用、ビッグデータ、人工知能などの新しい分野の迅速な統合と開発を効果的に促進できます。新しいテクノロジーの誕生が期待されています。 、そしていくつかの側面では、人々に新しいライフスタイルをもたらします。変化。
しかし、ファブリックの柔らかさ、通気性、透湿性、複雑な変形への適応性を確保しながら、ディスプレイ機能を電子ファブリックに効果的に統合するにはどうすればよいでしょうか。これは、スマート電子ファブリックの分野が直面している大きな問題です。
最近、復旦大学高分子科学部の鵬慧生教授が率いる研究チームは、ディスプレイデバイスの準備とファブリック織りプロセスの統合に成功し、ポリマー複合繊維の織り合わせポイントに多機能マイクロ発光デバイスを統合し、ファイバ電極間の電界分布大面積のフレキシブルディスプレイファブリックとインテリジェントな統合システムを実現するための独自の法則。
北京時間11日0:00に、関連する研究結果が「大面積ディスプレイファブリックとその機能統合システム」というタイトルでNatureのメインジャーナルにオンラインで公開されました。レビューアは、「重要で価値のある新しいノウハウを生み出した」とコメントしました。 "。PengHuishengとChenPeiningは、この論文の対応する著者です。復旦大学高分子科学部の博士課程の学生であるShi Xiang、修士課程の学生であるZuo Yong、および工学応用研究所の博士課程の学生であるZhai Pengテクノロジーは、最初の著者です。
伝統を打ち破り、生地の「色の変化-発光-表示」の新しい方法を模索する
ファブリックは、検索の旅が決してスムーズなものではないことを示しています。過去10年間、Peng Huishengが率いる研究チームは、インテリジェントなポリマー繊維とファブリックの研究開発に取り組んできました。
2009年に、チームは新しいエレクトロクロミック繊維を準備するためにポリジアセチレンと配向カーボンナノチューブを配合するという研究アイデアを提案しました。2015年、チームはコーティング法に飛躍的な進歩を遂げ、高曲率ファイバー電極の表面に共役ポリマー活性層が均一に膜形成される問題を解決することに成功しました。ファイバーポリマー発光電気化学セルが提案され、実現されました。 、それを生地に織り込むことで実現しました。異なる発光パターン。しかし、この方法にも限界があり、発光繊維を織り込むことで表示されるパターンの数は非常に限られており、フラットパネルディスプレイでは発光ピクセルに基づく制御可能なディスプレイを実現することは不可能です。直径がわずか数十から数百ミクロンの軟質ファイバー上にプログラム可能な発光点のアレイを構築する方法は、チーム、さらにはこの分野を悩ませている大きな問題です。
チームは適切なタイミングで考え方を変えます。「布織りの過程で、縦糸と横糸を織り交ぜることで、ディスプレイのピクセル配列に似たドットマトリックスを自然に形成できます。」これをインスピレーションとして、チームは2つの機能性繊維（発光を搭載したポリマー複合繊維）の開発に焦点を当てました。活物質と透明導電性ポリマーゲル繊維は、織り工程での縦糸と横糸の織り合わせにより、エレクトロルミネセントユニットを形成し、効果的な回路制御により新しいタイプのフレキシブルディスプレイファブリックを実現します。
「これは私たちが織りに使用する発光繊維材料です。」彼はスピンドルに巻かれた繊維のロールを紹介しました。直径0.5ミリ未満のこれらの繊維状材料は、実験台に色の異なる多くのロールがあり、一見、通常の毛糸に似ています。「電源を入れると、独特の側面が見られます。明るい光を生み出します。」Peng Huishengは手元のパーカーを手に取り、その基本的な機能を示しました。フードの復旦大学のエンブレムは青い光でできていました。繊維で織られており、電源を入れると室内で青いスクールバッジの模様がはっきりとわかります。
生地がディスプレイ特性を備えている理由は何ですか？その内部構造は何ですか？「ディスプレイファブリックは、発光する縦糸と導電性の横糸を織り交ぜることによって形成される、独特の重なり合う構造を示します。」と彼は説明しました。断面方向から見ると、一方は発光材料でコーティングされた導電性糸であり、もう一方の透明導電性繊維は織りによって縦糸と横糸でラップ仕上げされています。「AC電圧が印加された後、発光ファイバー上のポリマー複合発光活性層は、オーバーラップポイントの領域の電界によって励起され、発光「ピクセル」を形成します。」これではこのように、電界の励起下で、電極と発光層が物理的に重なり合うことで効果的な発光を実現できます。この方法は、発光デバイスの準備をファブリック製織プロセスと統合することができます。工業化された製織装置を使用します。 、長さ6メートル、幅0.25メートル、約500,000個の発光点を持つ発光ファブリックを実現できます。発光点間の最小距離は0.8mmで、最初はいくつかの実用的なアプリケーションの解像度要件を満たすことができます。 。発光材料を交換することにより、多色発光ユニットも実現でき、カラフルなディスプレイファブリックを得ることができます。
曲げや洗浄を恐れず、均一性と安定性の内部メカニズムを明らかに
従来のフラット発光デバイスと比較して、発光ファイバーの直径は0.2mmから0.5mmの間で正確に調整でき、「超微細で超柔軟な」特性を確立します。この素材で織られた1本の針と1本の糸は、人体の不規則な輪郭にぴったりと追従でき、通常の生地と同じくらい軽くて通気性があり、快適な着用感を保証します。
構造の改良要件に加えて、技術的な問題も浮上しています。直径マイクロメートルのファイバーに均一な発光材料コーティングを連続的にロードして、非常に一貫した光度のピクセル格子を構築する方法は？
研究グループは、発光ペーストのマトリックスとして柔軟なポリマー材料を使用し、それを繊維基板に均一かつ制御可能にロードする、つまり「カスタマイズされた方法で繊維に発光ペーストを含浸させる」「制限コーティング」調製ルートを提案しました。微細孔は、不均一なスラリーコーティングを滑らかにすると同時に、繊維の直径を効果的に制御します。これにより、複数回のコーティングにより、ファイバ円周方向の発光層の厚みの均一性が向上し、コーティング・硬化後、外部摩擦や繰り返し曲げに耐える発光機能層が得られます。 。
現実的なアプリケーション要件が次々と続きます。研究によると、曲率の高い表面を持つ繊維が互いに接触すると、接触領域に不均一な電界分布が形成されます。このような電界は、変形プロセス中のデバイスの安定した動作を助長しません。実生活では、身に着けている服は必然的にぶつかり、毎日掃除する必要があります。ディスプレイファブリックを外部環境の変化に適応させ、繰り返しの摩擦、曲げ、伸び、その他の外力に抵抗して、発光の安定性を確保するにはどうすればよいですか？、
チームは導電性繊維の緯糸の機械的特性に一生懸命取り組み、溶融押出法により弾性の高い透明高分子導電性繊維を作製しました。織りの過程で、糸の張力の作用により、発光繊維と接触する部分で繊維が弾性変形し、布のインターロック構造によって固定されます。「導電性高分子の弾性率を調整することで、発光経糸と織り交ぜると適応変形し、安定した接触界面を形成し、繊維表面に平面状の電界分布を形成し、ファブリック中央の「ピクセル」の均一で安定した発光。」PengHuisheng氏は述べています。
実験結果は、2本の繊維を比較的滑らせたり、回転させたり、曲げたりしても、織り合わされた輝点の輝度変化範囲が5％以内に制御されていることを示しており、折り畳み、伸縮の条件下でも生地が輝度を維持できることを示しています。 、およびプレスサイクル。安定しており、何百回もの洗濯機の洗浄に耐えることができます。
多機能統合、完全に柔軟なファブリックディスプレイシステムは、さまざまな分野で「大きなショーを作る」ことが期待されています
研究チームは、ディスプレイファブリックに加えて、エネルギー変換と貯蔵を統合するために、光起電ファブリック、エネルギー貯蔵ファブリック、タッチセンシングファブリック、および織り方に基づくディスプレイファブリックの機能統合システムも実装しました。センシングとディスプレイ多機能ファブリックシステムが可能になるのを待ちます。このシステムは、モノのインターネットや、リアルタイムポジショニング、インテリジェントコミュニケーション、医療支援などの人間とコンピューターの相互作用の分野で、優れたアプリケーションの見通しを示しています。
極地科学研究や地質探査などのフィールドワークシーンでは、服を数回タップするだけで位置情報をリアルタイムで表示できます。地図のナビゲーションは「服」によってガイドされ、ディスプレイは体に「着用」されます。 、そして言語の壁のある人はこれを効率的で便利なコミュニケーションと表現のためのツールとして使うことができます...もともと想像の中に存在していたこれらのシーンは、近い将来人々の生活に入ることができるかもしれません。
研究開発のアイデアの革新から、継続的な準備の主要技術の継続的な進歩、機器の独立した設計と開発、エンジニアリングルートの継続的な最適化まで、チームは止まることなく、発光繊維とファブリックの継続的かつ安定した準備を促進するために、完全に柔軟なディスプレイファブリックの大規模なアプリケーション研究の促進に取り組んでいます。「また、実際のアプリケーションにおける特定の問題を共同で解決するために業界パートナーの参加を楽しみにしています。」ディスプレイシステムの将来の開発に関しては、PengHuisheng教授は期待に満ちています。