发光纺织品因其能够实现动态和交互式的照明效果而备受关注，使其适用于从时尚穿戴到医疗保健和显示等各种应用。传统方法由于其工艺的复杂性和纺织成品的可穿戴性差在时尚穿戴品应用反面依然受到一定的限制。机绣具有低成本制备复杂图案的能力，且精度更高，但是目前的电致发光线（EL）无法满足机绣的基本要求，如具有至少6 N的高拉伸强度、低于100 %的适度断点伸长率和光滑的表面光洁度。
普渡大学Chi Hwan Lee的团队提出了展示了蓝色、绿色和黄色的可绣多色发光线（EL），它们与通用刺绣机器兼容，可用于在各种消费类织物上拼接装饰设计。所制备的电致反光线具有非常好的机械强度，能够很好地满足机绣条件。文中展示了快速和大幅面制备多色电致发光织物的能力，并且展示了其在柔性显示，危急信号采集等领域的应用。
图1：可机绣的多色电致发光线（EL）
图1a为机绣发光线制备流程以及将其进行机绣实现多色发光织物的过程示意图。将电致发光层（ZnS荧光粉和热塑性TPU的混合物）附着在导电可刺绣的线表面。通过改变ZnS荧光粉的掺杂比例即可实现蓝、绿、黄色的电致发光线。图1b中为EL线与透明导电纤维（TCF）重叠缝合的示意图。图1c中展示了蓝、绿、黄三种颜色的发光阵列（加载20 kHz，120 V的交流电）。图1d中展示了将该EL线刺绣在各种消费纺织品进行发光，即使是一些错综复杂或者弯曲的图案也可以实现。
图2：EL线的物理和光学性能表征。
EL发光层的粘度和剪切速度有关（图2a）。通过调整EL中发光层的浓度可以改变EL线的直径（图2b）。制备后的EL线相比于无EL涂层的线具有更高的拉伸强度(σ = 6.7 - 7.3 N) 和更低的弹性模量（E=17.7 - 21.5 MPa），并且具有和无EL涂层的线相当的断裂伸长率（图2c）。除了浓度5:1的涂层外，涂有EL涂层的线与无涂层线的表面粗糙度均相近（图2d）。增加发光涂层中ZnS的含量能够提高发光亮度，当比例为3:1时即可达到饱和（图2e）。EL线的轴向和周向的发光响度保持一致（图2f）。
图3：发光阵列的整体结构和表征。
发光单元包括一个在底部的EL线和顶部的TCF，通过交流电来激发光（图3a）。图3b中展示了不同密度的发光阵列以及改变底部EL线的角度所产生的发光效果。可以发现，当EL线的角度发生变化时，相对发光强度一直保持平稳，没有太大的变化（图3c）。当顶部的线张力增大时，发光的相对强度变大，这是由于EL发光层的厚度变薄了。经过反复的机械压力加载后，发光点的发光强度没有发生明显的变化，表明具有非常好的机械强度。
图4：发光表征
通过调节加载电压以及频率可以调节发光单元的亮度（图4a）。随着电流频率的增加，相同电压下的电流密度也随之增加（图4b）。相同亮度下的功耗也会随着加载交流电的频率提高而增加（图4c）。所制备出的发光阵列在各种复杂变形下依然能够保持良好的发光状态，且相对发光强度在经过上万次的拉伸和折叠循环后也不会有太大的变化。发光阵列还表现出很好的水洗性能，在经过50次的水洗实验后，发光点的相对发光强度依然平稳。长达6h的持续测试中，发光点的温度没有发生明显的变化，说明所制备的发光单元同样适用于长时间的发光显示。
图5：应用展示
为了展示可穿戴显示器的功能，将6 × 3的发光像素阵列绣到商用头盔内胆上，用于与配备有冲击传感器的足球头盔配合使用。其目的是检测潜在的严重头部撞击，并提醒佩戴者发生脑震荡的可能性。这种具有实时预警系统的可穿戴显示器对于预防和管理创伤性脑损伤至关重要，特别是在碰撞运动中，美国每年有超过200万人经历脑震荡。它们可以在早期发现和治疗潜在的头部撞击或脑震荡方面发挥至关重要的作用，从而改善结果，减少进一步损伤或并发症的风险。
该团队提供了一个用于制作发光纺织品的通用工具包，其中包括与标准刺绣机兼容的多色EL线和TCF。与用于编织或针织的传统EL线相比，这些更薄和更耐用，使其适合在定制设计的发光纺织品加工时使用机器刺绣。此外，EL线可以在高速度下绣到高达米级的各种消费类织物项目上，同时确保一致性的发光(相对偏差< 10 %)、低功耗( < 76 mW )、耐久性( > 10000次的拉伸和折叠循环)和机器可洗性( > 50个洗衣周期)。这种可调节发光颜色、强度、以及像素位置的发光织物具有非常大的创造潜力，能够满足大量场景下的穿戴设计需求。
【参考文献】
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk4295
无法设置外链，请点击下方阅读全文浏览。
【相关阅读】
电子织物-用于热湿管理的具有Janus梯度蜂窝结构的电子纺织品
...................................................
WEST可穿戴电子b微信群开通。欢迎加入、推荐、分享和交流，谢谢！
该平台免费提供相关领域的论文宣传和招生招聘，有兴趣请关注订阅号给小编留言或者邮件联系 E-mail：wonger.west@gmail.com
