量产商业化前景广阔的彩色光致变色纤维

纤维作为人类历史上应用最久的可穿戴材料，由于其优异的透气性、柔韧性以及能够完美适应人体3D不规则形状，成为目前可穿戴设备的理想基材。发光纤维作为功能纤维领域的一种可视化手段，打破了传统显示界面的僵化，有望成为新兴的交互界面。目前商业化的发光光纤有聚合物光纤和Corning® Fibrance® 光扩散光纤。这些光纤利用人造凹槽或气隙来破坏全内反射条件，从而主动诱导光泄漏。然而，由于传输损耗和人为缺陷，无法保证传输和圆周方向的亮度均匀性，极大地限制了它们作为线光源的应用。

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，华中科技大学陶光明教授和南京大学陆延庆教授领导的科学家团队基于一种可批量生产的热拉伸方法。该团队利用聚合物光纤上的荧光材料来调节其外部辐射光谱，并通过饱和效应实现均匀发光。他们还通过优化光纤结构来混合 RGB 原色，在单根光纤中实现了宽色域控制。研究团队将可控光致变色纤维集成到各种可穿戴交互界面中，利用日常服装实现情感、交流等多元化交互，为实现人机交互提供了新途径。有望给人类在通信、导航、医疗、可穿戴、物联网等领域的生活方式带来新的改变。

受益于复合预制件的结构可设计性和多样化调控，作者采用聚甲基丙烯酸甲酯材料作为内导光层，并在外层集成较低折射率的荧光复合材料。这种同轴结构使得光在光纤内发生全内反射，同时利用荧光材料的波长转换效应，实现均匀、全面的发光。同时，遵循RGB混色原理，将多个导光芯层和不同颜色的荧光材料封装在单根光纤内，实现多色系统的调节。最后将物理化学性质稳定的PVDF材料融入纤维外部，实现功能材料的密封和保护。

“我们设计的光致变色光纤主要克服了现有发光光纤三个方面的缺陷：(1)利用荧光材料的波长转换效应实现均匀、全面的发光。(2)利用多芯光纤内多个波导芯层可分段单独控制的特点，通过调制耦合芯层内光源的亮度，实现单根光纤内更宽的色域范围调节。(3)基于工业热拉丝工艺的百米制备，克服了传统发光光纤制备周期长、有效长度短、制备成本高等缺点。

“光致变色纤维的高生产效率有利于满足纺织工业供应的大量需求。这些纤维可以通过缝纫和针织技术轻松融入各种日常穿着中，为实现灵活的可穿戴交互界面提供了一种新颖的方法。我们尝试将其融入到多种可穿戴交互场景中，展示光致变色纤维作为辅助通信技术工具的可行性，也为智能纺织品的多模态融合提供新的思路。在不引起隐私问题的情况下，这一突破可以为未来的智能城市、智能家居、人机界面和健康监测开辟新领域。” 科学家们预测。

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