Fiber, som det bärbara materialet med den längsta användningen i mänsklighetens historia, är för närvarande ett idealiskt substrat för bärbara enheter på grund av dess utmärkta andningsförmåga, flexibilitet och förmåga att perfekt anpassa sig till den oregelbundna 3D-formen av människokroppen. Som ett sätt att visualisera inom området funktionella fibrer bryter ljusemitterande fibrer styvheten hos det traditionella displaygränssnittet och förväntas bli ett framväxande interaktionsgränssnitt.
De nuvarande kommersiella ljusemitterande fibrerna är optiska polymerfibrer och Corning Fibrance ljusspridande fibrer. Dessa fibrer använder konstgjorda räfflor eller luftgap för att störa totala inre reflektionsförhållanden, vilket aktivt inducerar ljusläckage. Likformigheten i ljusstyrkan i transmissionen och omkretsriktningen kan dock inte garanteras på grund av transmissionsförluster och konstgjorda defekter, vilket avsevärt begränsar deras användning som linjeljuskällor.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av forskare, ledda av professor Guangming Tao från Huazhong University of Science and Technology, och professor Yan-Qing Lu från Nanjing University har uppnått en mycket flexibel, likformigt självlysande fotokrom fiber baserad på en massproducerbar termisk ritningsmetod.
Teamet använde fluorescerande material på polymeroptisk fiber för att reglera dess externa strålningsspektrum och uppnå enhetlig luminescens genom mättnadseffekten. De uppnådde också ett brett färgomfångskontroll i en enda fiber genom att optimera fiberstrukturen för att blanda RGB-primärfärgerna.
Forskargruppen integrerade de kontrollerbara fotokroma fibrerna i olika bärbara interaktiva gränssnitt, vilket realiserade diversifierade interaktioner som känslor och kommunikation genom att använda dagliga kläder och gav ett nytt sätt att förverkliga interaktion mellan människa och dator. Det förväntas medföra nya förändringar i den mänskliga livsstilen inom kommunikation, navigering, hälsovård, wearables och Internet of Things.
Författarna drar nytta av den strukturella designbarheten och diversifierade regleringen av kompositförformar, och författarna använder polymetylmetakrylatmaterial som det inre ljusledande skiktet och integrerar fluorescerande kompositmaterial med ett lägre brytningsindex i det yttre skiktet.
Denna koaxiala struktur möjliggör total inre reflektion av ljus i fibern samtidigt som våglängdskonverteringseffekten av det fluorescerande materialet utnyttjas för att uppnå en enhetlig och omfattande ljusemission.
Samtidigt, enligt principen om RGB-färgblandning, är flera ljusledande kärnlager och fluorescerande material med olika färger inkapslade i en enda fiber för att förverkliga regleringen av ett flerfärgssystem. Slutligen är de fysiskt och kemiskt stabila PVDF-materialen integrerade på utsidan av fibern för att uppnå tätning och skydd av funktionsmaterialen.
"Den fotokroma fibern vi designade övervinner huvudsakligen de befintliga ljusemitterande fibrerna i tre aspekter av defekterna:1) uppnår enhetlig och omfattande ljusemission genom att utnyttja våglängdskonverteringseffekten av det fluorescerande materialet. 2) Dra fördel av egenskaperna hos flera vågledare kärnskikt inom en flerkärnig fiber som kan styras individuellt i segment och uppnå en bredare färgomfångsreglering i en enda fiber genom att modulera ljuskällan i de kopplade kärnskikten 3) Hundra meter förberedelse baserat på den industriella termiska ritningen process som övervinner bristerna med traditionell självlysande fiberberedning såsom lång cykeltid, kort effektiv längd och hög beredningskostnad."
"Den höga produktionseffektiviteten för fotokroma fibrer gör det lättare att möta den stora efterfrågan på textilindustritillgång. Dessa fibrer kan enkelt integreras i olika dagliga slitage genom sömnads- och sticktekniker, vilket ger en ny metod för att uppnå flexibla bärbara interaktiva gränssnitt."
"Vi försöker integrera det i flera bärbara interaktionsscenarier för att demonstrera genomförbarheten av fotokroma fibrer som ett extra kommunikationsteknikverktyg och även tillhandahålla ett nytt sätt att tänka för multimodal integration av smarta textilier. Utan att ta upp integritetsproblem kan detta genombrott öppna upp nya områden för framtida smarta städer, smarta hem, människa-dator-gränssnitt och hälsoövervakning", säger forskarna.
Mer information: Pan Li et al, Wearable and interaktiv multicolored photochromic fiber display, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01383-8
Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
