中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-007）———全柔性织物显示系统

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工作简介

         ——全柔性织物显示系统

复旦大学彭慧胜/陈培宁研究团队在新型织物显示系统方向取得进展，研究成果2021年3月10日以“Large-area display textiles integrated with functional systems”为题发表在Nature上，在国际上产生了较大反响；5月7日彭慧胜/陈培宁团队进一步被Nature邀请发表题为“Making large-scale, functional, electronic textiles”的总结性论文，展示新型织物显示系统在智能电子织物领域的独特应用。

作为电子设备的主要输出端，显示器件是信息传递的重要窗口和人机交互的主要平台，显示技术已成为现代信息化社会发展的重要推动力。近几十年来，显示器件朝着轻量化、柔性化、集成化方向发展，由最初的块状阴极射线管显示、液晶显示、有机发光二极管显示发展到现在的柔性薄膜显示，经历了从模糊到清晰，从单色到彩色，从笨重到轻薄的发展过程。但是，随着智能电子织物等可穿戴电子设备的蓬勃发展，如何将显示功能与织物融合集成，在实现显示的同时，又确保织物的柔软、透气导湿、适应复杂形变等特性，以满足未来物联网、人机交互、大数据、人工智能等新兴领域的快速发展要求，成为这个领域的一个国际难题。

图1. a) 显示织物结构示意图，发光经线和导电纬线在施加电压情况下，交织区域的发光材料受激发而发光；b, c) 分别为多色发光织物和发光点照片。

与传统平面显示技术相比，在柔软透气的织物上构建显示器件，在结构和制备方法等方面明显不同，无先例可循。团队突破传统显示器件经典三明治结构的研究范式，提出在高分子复合纤维交织点集成微型发光器件，即通过编织方法，将负载有发光活性层的复合纤维和透明的导电纤维交织在一起，交织点处活性材料受到电场激发而发光，每一个交织点类似于传统显示器中的一个像素点，通过向经纬纤维电极程序化输入驱动信号，即可实现显示功能（图1）。

首先，如何在几十至几百微米细的光滑纤维表面上沉积均匀的发光活性层，是非常困难的一件事情。团队将掺杂的硫化锌无机半导体发光材料与韧性高分子材料复合，设计了微孔辅助的限域涂覆方法，实现了千米级导电纱线表面半导体发光活性层的均匀负载。其次，纤维具有弯曲的表面，交织点区域形成非规则的曲面接触界面，如何在非规则纤维界面之间形成稳定均匀的电场，对显示织物发光点稳定性和均匀性至关重要，然而却一直是个难题。团队设计了弹性的透明导电纤维，并通过模量调控，与经线的发光纤维接触区域产生弹性形变，获得紧密接触界面，实现了在交织点非规则接触界面均匀的电场分布和稳定发光。所揭示的高曲率界面电场分布机制和规律，为发展新型柔性电子器件提供了理论支持。

图2. a)大面积显示织物照片；b, c) 分别为显示织物发光单元亮度的相对偏差统计和柱状图分布；d, e) 分别为显示织物在弯曲和拉伸变形1,000次后发光单元亮度变化分布统计。

研究团队实现了长6 m、宽20 cm、含约500,000个发光点的大面积显示织物，发光点亮度偏差小于8%，单个发光点亮度达到115.1 cd/m²，功率消耗低至几毫瓦，发光点间距可达到微米级别，分辨率可初步满足显示应用需求。织物显示系统还可以耐受弯折、拉伸、扭曲等多种复杂变形，具有良好的柔软度和舒适性，并且按照国际标准在洗衣机中洗涤500次后显示亮度保持稳定（图2）。

在全柔性显示织物系统的基础上，研究团队还实现了能量转化/储存、传感、实时通信等功能于一体的智能织物系统，在物联网应用，如实时定位、日常通讯、医疗辅助等方面表现出良好的应用前景，有望推动柔性电子、便携式人机交互系统、柔性健康监测终端、国防智能装备等重要领域的发展。

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作者简介

通讯作者

彭慧胜，复旦大学高分子科学系教授。

主要在高分子纤维器件领域开展研究工作，在Nature等期刊上发表论文290多篇，SCI他引1.8万多次，H指数82。出版了2部关于高分子纤维器件的专著。获授权国内外发明专利74项，其中34项实现了转让转化，制定了2项纤维器件行业标准。担任教育部科学技术委员会学部委员、ChemNanoMat编委会共同主席和Adv. Funct. Mater.编委。作为第一完成人，获得国家自然科学二等奖。

通讯作者

陈培宁，复旦大学先进材料实验室副研究员。

主要在柔性电子器件构建和系统集成等方面开展研究工作，提出了制备高性能导电纤维的若干新路线，揭示了纤维非规则界面的电场和应力场分布规律，实现了多功能柔性电子织物和集成系统。在Nature、Nature Nanotechnol.、Adv. Mater.等期刊上发表论文50多篇，获国家发明专利8项，部分研究成果实现工程转化。主持多项国家和省部级科研项目，获“上海市青年科技启明星”、“上海科技青年35人引领计划”等学术荣誉。

第一作者

施翔，复旦大学高分子科学系博士后。

主要研究方向为具有发光和显示功能的智能织物系统，发展了微孔辅助的纤维限域涂覆方法，实现了基于经纬交织结构的显示织物及其功能集成系统，揭示了纤维力学性能调控经纬交织界面电场分布的相关规律。共发表研究论文13篇，其中以第一作者在Nature发表论文2篇，获国家发明专利2项。入选“2021年博士后创新人才支持计划”，获得2021年复旦大学“学术之星”特等奖。

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原文传递

详情请查看论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03295-8

https://www.nature.com/articles/d41586-021-00945-9

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

文章来源“半导体学报”公众号

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