Vezel, als het draagbare materiaal met de langste toepassing in de geschiedenis van de mensheid, is momenteel een ideaal substraat voor draagbare apparaten vanwege het uitstekende ademend vermogen, de flexibiliteit en het vermogen om zich perfect aan te passen aan de onregelmatige 3D-vorm van het menselijk lichaam. Als visualisatiemiddel op het gebied van functionele vezels doorbreekt lichtgevende vezel de stijfheid van de traditionele beeldscherminterface en zal naar verwachting een opkomende interactie-interface worden.

De huidige commerciële lichtgevende vezels zijn optische polymeervezels en lichtverstrooiende vezels van Corning Fibrance. Deze vezels maken gebruik van kunstmatige groeven of luchtspleten om de totale interne reflectieomstandigheden te verstoren, waardoor actief lichtlekkage wordt veroorzaakt. De helderheidsuniformiteit in de transmissie en de omtreksrichting kan echter niet worden gegarandeerd vanwege transmissieverliezen en kunstmatige defecten, waardoor de toepassing ervan als lijnlichtbron aanzienlijk wordt beperkt.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Guangming Tao van de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie, en professor Yan-Qing Lu van de Nanjing Universiteit, een zeer flexibele, gelijkmatig lichtgevende fotochrome vezel ontwikkeld op basis van een in massa produceerbare thermische trekmethode.

Het team gebruikte fluorescerende materialen op optische polymeervezels om het externe stralingsspectrum te reguleren en uniforme luminescentie te bereiken door het verzadigingseffect. Ze bereikten ook een breed kleurengamma in één enkele vezel door de vezelstructuur te optimaliseren om de primaire RGB-kleuren te mengen.

Het onderzoeksteam integreerde de bestuurbare fotochrome vezels in verschillende draagbare interactieve interfaces, die gediversifieerde interacties zoals emotie en communicatie realiseerden door dagelijkse kleding te gebruiken en een nieuwe manier boden om mens-computerinteractie te realiseren. Er wordt verwacht dat het nieuwe veranderingen zal brengen in de menselijke levensstijl op het gebied van communicatie, navigatie, gezondheidszorg, wearables en het internet der dingen.

Profiterend van de structurele ontwerpbaarheid en gediversifieerde regeling van composietvoorvormen, gebruiken de auteurs polymethylmethacrylaatmateriaal als de binnenste lichtgeleidende laag en integreren ze fluorescerend composietmateriaal met een lagere brekingsindex in de buitenlaag.

Deze coaxiale structuur maakt totale interne reflectie van licht binnen de vezel mogelijk, terwijl het golflengteconversie-effect van het fluorescerende materiaal wordt gebruikt om een ​​uniforme en uitgebreide lichtemissie te bereiken.

Tegelijkertijd worden, volgens het principe van RGB-kleurenmenging, meerdere lichtgeleidende kernlagen en fluorescerende materialen met verschillende kleuren ingekapseld in een enkele vezel om de regeling van een meerkleurig systeem te realiseren. Ten slotte worden de fysisch en chemisch stabiele PVDF-materialen in de buitenkant van de vezel geïntegreerd om de afdichting en bescherming van de functionele materialen te bereiken.

"De fotochrome vezel die we hebben ontworpen overwint voornamelijk de bestaande lichtgevende vezels in drie aspecten van de defecten:1) het bereiken van een uniforme en uitgebreide lichtemissie door gebruik te maken van het golflengteconversie-effect van het fluorescerende materiaal. 2) Profiteren van de kenmerken van meerdere golfgeleiders kernlagen binnen een multicore-vezel die individueel in segmenten kunnen worden aangestuurd en een breder kleurengamma-bereik kunnen regelen in een enkele vezel door de helderheid van de lichtbron in de gekoppelde kernlagen te moduleren. 3) Honderd meter voorbereiding op basis van de industriële thermische tekening proces dat de tekortkomingen van de traditionele bereiding van lichtgevende vezels overwint, zoals een lange cyclustijd, een korte effectieve lengte en hoge voorbereidingskosten."

"De hoge productie-efficiëntie van fotochrome vezels vergemakkelijkt het voldoen aan de substantiële vraag naar textielindustrieel aanbod. Deze vezels kunnen gemakkelijk worden verwerkt in verschillende dagelijkse kleding door middel van naai- en breitechnieken, wat een nieuwe benadering biedt voor het bereiken van flexibele draagbare interactieve interfaces."

“We proberen het te integreren in meerdere draagbare interactiescenario’s om de haalbaarheid van fotochrome vezels als hulpinstrument voor communicatietechnologie aan te tonen en ook een nieuwe manier van denken te bieden voor de multimodale integratie van slim textiel. Zonder zorgen over de privacy te veroorzaken, zou deze doorbraak kunnen leiden tot nieuwe gebieden voor toekomstige slimme steden, slimme huizen, mens-computerinterfaces en gezondheidsmonitoring”, zeggen de wetenschappers.

Meer informatie: Pan Li et al, Draagbaar en interactief veelkleurig meekleurend vezeldisplay, Licht:wetenschap en toepassingen (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01383-8

Journaalinformatie: Licht:wetenschap en toepassingen

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen