智能可穿戴、智慧生活等領域的興起促進了智能纖維與紡織品技術的發展，其中力致發光纖維與織物能夠將人體的動作轉化為可見光，在可視化交互應用中具有獨特的優勢。

近日，東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組聯合安踏（中國）有限公司在《發光學報》發表了題為“高性能ZnS:Cu基力致發光彈性體及其在視覺交互織物中的應用”的研究文章。

本工作通過彈性聚合物基體網絡結構調控、剛性粒子摻雜等方法增加應力傳遞位點，提高了ZnS:Cu復合彈性體的力致發光強度；通過擠出包覆、3D打印、絲網印刷等工藝實現了力致發光纖維和紡織品的連續化和圖案化制備，改善了力致發光紡織品的響應靈敏度和穿戴舒適性問題，其在可穿戴傳感、運動健康監測、智慧交通警示等方向具有潛在的應用價值。

1. 背景

力致發光（Mechanoluminescence，ML）是指材料在受到機械應力的作用，如摩擦、擠壓、碰撞、破碎以及超聲等產生的發光現象，為可視化力學傳感提供了可能。該研究團隊曾提出利用力致發光技術輔助電學傳感纖維，實現可視化與數字化協同的智能交互纖維電子器件（Advanced Materials, 2021, 33：2104681）。

然而，將力致發光材料應用于纖維與織物中的低成本、規模化加工方法仍有待開發，力致發光纖維的靈敏度和穿戴舒適性還需進一步提升。

2. 基體網絡結構對復合彈性體力致發光的影響

圖1：單一網絡體系（a）與高密度雙網絡體系（b）的力致發光示意圖

本工作提出利用多組分聚合物的“雙網絡”結構提高ZnS:Cu復合彈性體的力致發光強度。雙網絡結構的聚合物通常具有更高密度的交聯點，相比于單組分的聚合物基體，它能夠把無機發光粒子“包裹”得更緊密，因此在外力作用下，雙網絡聚合物基體能夠更高效地將應力傳輸到發光粒子上，實現發光亮度的增強。

3. 納米粒子對復合彈性體力致發光的影響

圖2：不同剛性粒子添加量對ZnS:Cu復合彈性體力致發光強度的影響

此外，本工作進一步提出在聚合物基體中添加剛性粒子輔助應力傳遞。隨著不同種類、尺寸、添加量的剛性粒子添加，復合彈性體的力致發光強度獲得了優化，甚至成倍增加。

 4. 基于ZnS:Cu基力致發光彈性體的可視化傳感服裝

圖3：力致發光纖維、織物、服裝展示

基于上述材料改性方案，開發了適合纖維與面料加工的“漿料”原材料，通過改進的熔融擠出、3D打印、絲網印刷等工藝實現了力致發光纖維與紡織品的批量制備，獲得的力致發光服裝初步應用于夜跑安全警示、運動監測和訓練管理。

圖4：服裝的發光效果展示

| 論文信息 |

王玥,楊偉峰,陳浩廷等.高性能ZnS∶Cu基力致發光彈性體及其在視覺交互織物中的應用[J].發光學報,2022,43(10):1609-1619. 

https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20220233

| 東華大學先進功能材料課題組簡介 |

東華大學先進功能材料課題組一直從事智能變色/變形、能源轉換與儲存、傳感與催化等功能材料的研究，特別是針對智能服裝的應用，開發了一系列柔性可穿戴的功能材料與纖維器件。近年來，課題組主持了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點基金等重要項目，在光電子纖維、人機交互、智能服裝等領域取得了系列進展（Science, 2022, 377：815. Science, 2019, 365：150. Nat. Commun.，2019, 10：5541. Nat. Commun.，2019, 10：868. Adv. Mater.，2021, 33：2104681. Adv. Mater.，2021, 33：2100782. Adv. Mater.，21, 3023：2007352. ACS Nano， 2022, doi.org/10.1021/acsnano.2c08961. ACS Nano，2022, 16：2188. ACS Nano，2022, 16：12635. ACS Nano，2018, 12：3759.）。所獲成果受到Nature，Science等國際主流學術刊物與媒體的廣泛報道，入選“偉大的變革—慶祝改革開放四十周年大型展覽”。課題組長期歡迎材料、信息、紡織、服裝等領域的博士后、博士研究生、碩士研究生加入！

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