文章來源：中國科學報

穿上一身由發(fā)光纖維織就的衣服，你就是街頭最“亮”的仔。

但是傳統(tǒng)的發(fā)光纖維，總是離不開芯片和電池，這就讓相應的紡織產(chǎn)品體積更大、分量更重，很難做得柔軟、輕盈。

4月5日，以紡織、材料、設計學科為特色的東華大學，在頂尖學術期刊《科學》上發(fā)表了一篇有趣的論文。研究團隊研發(fā)了一款集無線能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型智能纖維。這種“黑科技”纖維能聚集大氣中耗散的電磁能量并產(chǎn)生電信號，從而不需額外電源，只要人體輕輕碰觸，就能發(fā)光發(fā)亮。

發(fā)光纖維

據(jù)悉，東華大學材料科學與工程學院博士研究生楊偉峰為論文第一作者，纖維材料改性國家重點實驗室（東華大學）教授王宏志、研究員侯成義，以及東華大學材料科學與工程學院研究員張青紅為論文通訊作者。該研究工作由東華大學作為唯一通訊單位主導完成，合作單位包括新加坡國立大學與安徽農(nóng)業(yè)大學。

植根傳統(tǒng)，結出創(chuàng)新果實

隨著科技不斷發(fā)展，智能可穿戴設備正逐漸成為人們生活的一部分。這些設備不僅可以作為服飾美化人們的精神面貌，還能發(fā)揮健康監(jiān)測、遠程醫(yī)療和人機交互等功能。

相較于傳統(tǒng)剛性半導體元件或柔性薄膜器件等，由智能纖維編織而成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度，是理想的可穿戴設備載體。

位于上海的東華大學，歷史可追溯至1912年實業(yè)家張謇創(chuàng)辦的紡織染傳習所，在紡織、材料等學科領域有著深厚的積累。時代的變遷，對這個古老傳統(tǒng)的學科提出了更新更高的要求，如今的東華大學正致力于賦予紡織纖維材料嶄新的內涵，為航天航空、重大建筑工程、環(huán)境保護等領域提供支持。

這次發(fā)表在《科學》上的成果，也是智能纖維領域結出的一枚碩果。

當前世界上的智能纖維開發(fā)，多基于所謂的“馮·諾依曼架構”，即以硅基芯片作為信息處理核心開發(fā)各種電子纖維功能模塊，如信號采集的傳感纖維、信號傳輸?shù)膶щ娎w維、信息顯示的發(fā)光纖維、能量供應的發(fā)電纖維等。盡管這些功能單元可組合制成織物形態(tài)，但對芯片和電池的依賴性強，體積、重量和剛性都比較大，難以同時滿足人們對紡織品功能性和舒適性的需求。

而這一次，東華大學科研團隊開創(chuàng)性地提出了“非馮·諾伊曼架構”的新型智能纖維，將能量采集、信息感知、信號傳輸?shù)裙δ芗捎趩胃w維中，并通過編織制成了不依賴芯片和電池的智能紡織品。

無線發(fā)電，點亮智慧生活

在記者面前，論文第一作者楊偉峰把一小塊織物放在電磁波發(fā)射裝置旁邊，織物上有智能纖維制作的格子狀刺繡。只要用手指輕輕劃過這塊刺繡，就能看到像俄羅斯方塊一樣閃爍的光點。

智能纖維織物演示

“不插電”就能發(fā)光發(fā)電，背后的奧秘是什么呢？

在我們的日常生活中，電磁場和電磁波無處不在，散布在環(huán)境中的電磁能量就是這種新型纖維的無線驅動力。當人體接觸到智能纖維時，就相當于承擔了能量交互載體的角色，開辟了一條便捷的能量“通道”，讓原本在大氣中耗散的電磁能量優(yōu)先進入纖維、人體、大地組成的回路。

這種“人體耦合”的新型能量交互機制，能在不知不覺中，沒有任何額外能耗地，讓新型纖維發(fā)光發(fā)電。

楊偉峰介紹，這款新型纖維具有三層鞘芯結構，所采用的均是市面上比較常見的原材料：芯層為感應交變電磁場的纖維天線（鍍銀尼龍纖維）、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層（BaTiO3 復合樹脂）、外層為電場敏感的發(fā)光層（ZnS復合樹脂）。

由于成本低廉，而且纖維和織物的加工都能夠用成熟的工藝實現(xiàn)，因此盡管是一項新技術，卻已經(jīng)具備了量產(chǎn)能力。

論文通訊作者之一侯成義介紹：“這種纖維能夠運用到服裝服飾、布藝裝飾等日用紡織品中,當它們與人體接觸時，通過發(fā)光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明，同時它們還能對人體不同姿態(tài)動作產(chǎn)生獨特的無線信號，進而對智能家電等電子產(chǎn)品進行無線遙控。這些新穎的功能有望拓展電子產(chǎn)品的應用場景，甚至改變人們智慧生活的方式?！?

“這項研究涉及到材料、信息、紡織等多個學科?！睏顐シ宓牟┦可鷮煆埱嗉t說，“學科交叉融合是當前科研創(chuàng)新的新趨勢，我們在平時的教學實踐中，特別注意鼓勵引導學生聚焦學術前沿，開展多學科交叉融合創(chuàng)新研究，這樣才能產(chǎn)出更多具有突破性的成果?！?

同行評價：開創(chuàng)新型交互方式

《科學》還邀請美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、麻省理工學院的專家對該成果進行了評述報道，評述與論文同期刊發(fā)。

評述指出，該成果被認為有望改變人與環(huán)境以及人與人之間的交互方式，對功能性纖維的開發(fā)以及智能紡織品在不同領域的應用具有重要的啟發(fā)意義。在基礎研究方面，因為該智能纖維和紡織品能夠在不干擾人們日?；顒拥那闆r下“不知不覺地”大規(guī)模采集身體觸覺數(shù)據(jù)，因此能夠更高效和便捷地收集人體與外界交互過程中的物理信息，這將有望影響人體物理交互研究用基礎模型的發(fā)展。

東華大學先進功能材料課題組一直致力于智能纖維材料與器件的研究，從2012年研究石墨烯導電纖維開始，到2016年研發(fā)出電致變色纖維，再到2018年搭建成了首條電致變色和力致發(fā)電纖維生產(chǎn)線，實現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；苽?；隨后，團隊相繼研發(fā)出可連續(xù)制備的傳感纖維、發(fā)光纖維、調溫纖維，……一系列成果為深化智能纖維領域研究奠定了基礎。

“下一階段工作，我們將深入研究如何讓這種新型纖維能夠更有效地從空間中收集能量，并以此驅動更多功能，包括顯示、變形、運算、人工智能等，相信在不久的未來，智能服裝能做更多事，人會變得更加強大，對于環(huán)境也會有更好的適應性?！痹撜n題組組長王宏志說。

先進功能材料課題組部分師生

（圖片均由東華大學提供）