2个月前狂刷屏的这篇Nature，Nature官方发文又来一波解读！

【问题与挑战】

显示器是现代电子设备的核心部件，帮助我们与机器互动。将显示器集成到纺织品中，让材料变得智能、互动性和响应性，可以改变我们与电子设备互动的方式。发光纺织品是通过将薄膜发光器件附在纺织品上，以及在纺织品中插入发光纤维而发展起来的。然而，薄膜器件很容易降解或失效，因为薄膜是相对刚性的，不符合纺织品粗糙和变形表面。虽然发光纤维可以编织到具有高弹性和透气性的纺织品中，但它们通常只显示预先设计好的图案。这使得发光纺织品难以满足计算机和手机等显示应用的需求，限制了其使用。当前，获得耐用且易于大面积组装的小型发光单元具有很大挑战，这意味着由像素阵列组成的显示纺织品尚未实现。

【解决方案】

复旦大学高分子科学系教授彭慧胜领衔的研究团队通过在工业剑杆织机中用棉纱编织透明导电纬线和发光经线纤维，研制出大面积显示纺织品（经线和纬线是编织中使用的基本组件，是织物的方向；图1）。在织造过程中，电致发光单元直接构建在每一个经纬线接触点上，并可由向纤维发送的电子信号独立控制。为了生产这种显示纺织品，彭慧胜等选择了硫化锌(ZnS)荧光粉的电场驱动装置。当ZnS荧光粉分散在绝缘聚合物中时，聚合物基质上的交变电场会激活该装置。这种装置只要求经纬交织点作为电致发光单元，这使得该显示纺织品具有很强的耐用性，可适于大面积生产。纬纱是通过熔融纺丝掺有离子液体的聚氨酯凝胶制备的。经纱是将镀银导电纱线浸涂在市售的ZnS荧光粉浆料中，并在干燥前将其穿过一个定制的微孔，使不平整的浆料涂层变得平滑，同时有效控制纤维的直径。这种溶液涂覆方法是获得均匀涂覆发光经纱连续长度的简单方法。

图1 大面积显示纺织品的结构和外观

采用这种织造策略，研究人员生产了一个6米长，25厘米宽的显示织物，由大约5×10⁵个电致发光单元组成，每个发光单元都是微米尺寸。电致发光单元之间最窄的间距约为800 µm，可提供显示应用所需的分辨率。电致发光单元之间的亮度偏差小于8％，并且即使在纺织品弯曲、拉伸或挤压时也保持稳定。该显示纺织品柔软且透气，并且可以在60°C、含洗涤剂的水中反复机洗，因此非常实用。像键盘和电源之类的交互功能，均可以内置到该纺织品中，形成一个集成系统，可用作一种通信工具，在“物联网”中具有潜力。

【未来发展方向】

彭慧胜团队这一成果将电子设备的制造和功能与纺织品的实用性结合在一起。研制的编织纤维材料将通过改变我们与电子设备的交互方式来塑造下一代电子设备。例如，该显示纺织品可以用作实时交流工具，并且可以帮助有说话或语言障碍的人表达自己的意见。但是需要克服一些限制。

图2 集成纺织系统的应用场景

例如，由于ZnS荧光粉只能是绿色，蓝色或橙色，因此需要高效的红色发光材料来实现全彩色显示。此外，可以通过制造更小的电致发光单元来提高显示纺织品的分辨率。这些需要标准化的涂层设备和更细的ZnS荧光粉，才能获得直径更小的发光经线纤维。

最后，由于控制信号要求所有的纤维端都单独连接到寻址电路，因此需要新的编织技术来精确编排导线，产生高分辨率的显示纺织品。光纤末端和导线之间的连接点也既要坚固又要灵活，以取代刚性焊接。

【研制中的实际困难】

此外，制造大面积显示纺织品所需的透明导电纬线的选择和优化长期困扰着该团队。最常用的材料是铟锡氧化物（ITO）和银纳米线。然而，ITO是通过磁控溅射制备的，因此难以连续沉积在纤维表面上，并且纤维上薄的银纳米线涂层在编织过程中容易受到摩擦。于是，他们用离子液体掺杂聚氨酯凝胶作为高度均匀和透明的纬线纤维，可以通过变形以适合发光经线的表面，并在编织过程中形成稳定的表面接触。弹性表面接触意味着曲面上的电场与平面设备所获得的电场一样均匀，从而有助于形成均匀稳定的显示纺织品。

【专家意见】

Nature首席物理科学编辑Karl Ziemelis高度称赞了这一研究成果。“这项工作的几个要素脱颖而出：基本发光原理具有惊人的简单性，使用工业织布机即可编织成厘米级的功能纺织品，所产生的光电平台具有多功能性和耐用性。不难想象，这种纺织品可以找到一系列实用和美学用途”。

Shi, X. et al. Making large-scale, functional, electronic textiles, Nature. 2021, DOI:10.1038/d41586-021-00945-9