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160期-無需「插電」的發光發電纖維

現今,智能可穿戴服裝,已成為人們日常生活的一部分,並在健康監測、遙距醫療、人機交互等領域發揮著重要作用。所謂人機交互,是指為完成特定任務,人通過特定語言與電腦介面交互來進行資訊交換的過程。

當今剛性半導體元件或柔性薄膜器件等,由智慧纖維編織成的電子紡織品,具有更好的透氣性和柔軟度,但目前智慧纖維開發多基於「馮·諾依曼架構」,是一種將程式指令記憶體和資料記憶體合併在一起的電腦設計概念架構,簡單地說,即以矽基晶片作為資訊處理核心開發各種電子纖維功能模塊,如信號採集的傳感纖維、能量供應的發電纖維等,復雜的多模塊集成必然增大了紡織品的體積、重量和剛性等缺點。

上海東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在一次實驗中,偶然發現纖維在無線電場中發光。以此為基礎,課題組開創性地提出「非馮·諾依曼架構」的新型智慧纖維,實現將能量採集、資訊感知與傳輸等功能集成於單根纖維中,課題組成功研發出集無線能量採集、資訊感知與傳輸等功能於一體的新型智慧纖維,由其編織製成的紡織品無需依賴晶片和電池,便可實現發光顯示、觸控等人機交互等功能。該大學表示,電磁場和電磁波在人們生活中無處不在,這些電磁能量就是新型纖維的無線驅動力,而人體作為能量交互的載體,開辟了一條更捷徑的「通道」,使原本在大氣中耗散的電磁能量優先進入纖維、人體、大地組成的回路。

新型智慧纖維具有三層鞘芯結構,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電層、外層為電場敏感的發光層,該大學認為原材料成本低,纖維和織物的加工都已有成熟的工藝。東華大學表示,新型纖維有望運用到服裝及日常紡織品中,當它們接觸人體時,可通過發光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明,還能對人體不同姿態動作產生獨特的無線信號,進而對電子產品進行無線遙控等功能。

該成果近日發表於國際學術期刊《科學》(Science),被認為有望改變人與環境以及人與人之間的對話模式,對新型功能性纖維開發以及智慧紡織品在不同領域的應用具有重要啟發意義。

香港紡織商會榮譽顧問何繼超博士

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