南大华中科大团队突破智能变色纤维技术，实现均匀发光与多色调控

南大华中科大团队突破智能变色纤维技术，实现均匀发光与多色调控

2024年2月，南京大学陆延青教授与华中科技大学陶光明教授合作团队在智能变色纤维领域取得重大突破。他们基于热拉制法制备的光致变色纤维，不仅解决了传统发光纤维亮度衰减快、单色系局限等问题，还实现了长距离均匀发光和多色系精准调控。这一研究成果发表在顶级期刊《Light: Science & Applications》上，为智能变色纤维的产业化应用开辟了新路径。

研究团队采用的热拉制法制备工艺是此次突破的关键。通过将多种功能材料集成在单根纤维内部进行一体化成型，他们克服了商用发光纤维沿传输方向上非均匀发光的缺陷。具体来说，研究团队通过以下创新实现了技术突破：

1. 均匀发光技术：通过理论计算和实验优化，实现了周向发光亮度稳定性超过98%，有效发光亮度达到美国康宁公司同类产品2倍以上，有效光扩散长度为其3倍。

2. 多色系调控：利用RGB三原色混色机理，实现了单根纤维在广色域范围内的精细调控。通过调控耦合芯层的光源亮度比，可以实现色域三角形内的任意颜色精准控制。

3. 批量制备能力：基于工业热拉制工艺，实现了数百米级的批量制备，克服了传统发光纤维制备周期长、有效长度短、研发成本高等问题。

智能变色纤维的突破性进展为其在多个领域的创新应用开辟了新天地。研究团队展示了以下几类典型应用：

1. 可穿戴交互系统：将性能稳定的电容感知纱线与导光变色纤维混编在日常服饰中，设计了一个集感知与发光交互功能结合的可穿戴应用产品。这种集成系统为智能纺织品的多模态集成提供了新思路。

2. 情感通讯工具：将多种色系的导光变色纤维混编在日常服饰上，搭配图像采集器件与控制芯片，构建了一个简易的情绪识别交互场景。这种智能服装可以根据用户的面部表情反映其当前的情绪状态，为情感交流提供了新的载体。

3. 汽车内饰与水下应用：利用智能变色纤维良好的耐磨性和鲁棒性，研究团队将其成功集成在汽车内饰地毯及水下内饰物品上，证明了其应用场景的普适性。

智能变色纤维技术的突破不仅具有重要的学术价值，更展现出巨大的商业潜力和社会影响力。市场调研公司ReportLinker预测，全球智能纺织品市场预计将从2021年的25.2亿美元增长到2026年的93亿美元，复合年增长率为28.7%。随着技术的不断成熟和成本的降低，智能变色纤维有望在以下领域实现广泛应用：

• 消费电子：作为新型可穿戴显示器，应用于智能手表、健康监测设备等
• 时尚产业：为服装设计提供新的创意空间，实现动态图案和色彩变化
• 医疗保健：用于监测生理指标，如体温、心率等
• 物联网：作为人机交互界面，实现环境监测和信息显示

尽管智能变色纤维技术已经取得了显著进展，但仍面临一些挑战，如提高能源效率、降低成本、增强耐用性等。未来的研究方向可能包括：

1. 多功能集成：将变色功能与其他智能功能（如传感、能量收集）集成在同一纤维中
2. 可持续发展：开发环保型变色材料，减少生产过程中的环境影响
3. 大规模生产：优化生产工艺，实现更大规模的商业化生产
4. 跨学科合作：加强与材料科学、电子工程、纺织工程等领域的合作，推动技术革新

智能变色纤维作为一项前沿科技，正逐步从实验室走向产业化应用。随着技术的不断进步，我们有理由相信，这种神奇的纤维将在不久的将来为我们的生活带来更多惊喜。