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不插電就能發(fā)光發(fā)電的纖維研制成功


中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)   時(shí)間:2024-04-11





  你見(jiàn)過(guò)穿上身就能發(fā)光發(fā)電的纖維嗎?關(guān)于智能可穿戴設(shè)備,你期待它們能帶來(lái)哪些神奇的功能?


  4月5日,東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)功能材料課題組,在《科學(xué)》上發(fā)表了一項(xiàng)令人矚目的研究成果。


  該研究提出了基于“人體耦合”的能量交互機(jī)制,并成功研發(fā)出集無(wú)線能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型智能纖維。用這種纖維編織制成的智能紡織品,無(wú)需依賴芯片和電池便可實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示、觸控等人機(jī)交互功能。


  這一突破性成果,為人與環(huán)境的智能交互開(kāi)辟了新可能,具有廣泛應(yīng)用前景。


  智能可穿戴設(shè)備正逐漸成為人們生活的一部分。目前,智能纖維的開(kāi)發(fā)多基于“馮·諾依曼架構(gòu)”,這意味著智能紡織品仍依賴于芯片和電池。這使產(chǎn)品的體積、重量和剛性大,難以同時(shí)滿足人們對(duì)紡織品功能性和舒適性的需求。


  東華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出了“非馮·諾伊曼架構(gòu)”的新型智能纖維,有效地簡(jiǎn)化了可穿戴設(shè)備和智能紡織品的硬件結(jié)構(gòu),優(yōu)化了其可穿戴性。


  該研究實(shí)現(xiàn)了將能量采集、信息感知、信號(hào)傳輸?shù)裙δ芗捎趩胃w維中,并通過(guò)編織制成不依賴芯片和電池的智能紡織品。


  “不插電”就能發(fā)光發(fā)電的纖維,到底有什么奧妙?在日常生活中,散布在環(huán)境中的電磁能量又是如何“傳遞”到纖維上的?


  該研究提出把人體作為能量交互的載體,開(kāi)辟了一條便捷的能量“通道”。原本在大氣中耗散的電磁能量?jī)?yōu)先進(jìn)入纖維、人體、大地組成的回路,恰恰就是這一“日用而不覺(jué)”的原理,促成了“人體耦合”的新型能量交互機(jī)制。


  在添加特定功能材料后,僅僅經(jīng)過(guò)人體觸碰,這種新型纖維就會(huì)展現(xiàn)發(fā)光發(fā)電的“神奇一幕”。


  “這款新型纖維具有三層鞘芯結(jié)構(gòu),所采用的均是市面上比較常見(jiàn)的原材料。芯層為感應(yīng)交變電磁場(chǎng)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介電層、外層為電場(chǎng)敏感的發(fā)光層。原材料成本低,纖維和織物的加工都能夠用成熟的工藝實(shí)現(xiàn),已具備量產(chǎn)能力?!闭撐牡谝蛔髡摺|華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生楊偉峰說(shuō)。


  該研究還展示了這種基于人體耦合原理的智能纖維的幾種應(yīng)用:在不使用芯片和電池的情況下,實(shí)現(xiàn)了纖維觸控發(fā)光、織物顯示以及無(wú)線指令傳輸?shù)裙δ堋?/p>


  東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員侯成義介紹:“這種新型纖維能夠運(yùn)用到服裝服飾、布藝裝飾等日用紡織品中。當(dāng)與人體接觸時(shí),它會(huì)通過(guò)發(fā)光進(jìn)行可視化的傳感、交互甚至高亮照明,同時(shí)還能對(duì)人體的不同姿態(tài)動(dòng)作產(chǎn)生無(wú)線信號(hào),進(jìn)而對(duì)智能家電等電子產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)線遙控。這些新穎的功能有望拓展電子產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景,甚至改變?nèi)藗冎腔凵畹姆绞健!?/p>


  課題組組長(zhǎng)王宏志教授表示,未來(lái)將深入研究如何讓這種新型纖維能夠更有效地從空間中收集能量,并以此驅(qū)動(dòng)更多功能,包括顯示、變形、運(yùn)算、人工智能等。(高坤 王春)


  轉(zhuǎn)自:科技日?qǐng)?bào)

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