郑州大学金刚石光电材料与器件课题组:超细纤维的连续制备应用于可穿戴应力发光织物

关键词 金刚石 , 郑州大学|2023-05-29 14:23:42|来源 NanoResearch
摘要 应力发光是一种由于机械外力作用,在固体材料上引起的发光现象。应力发光纤维及纤维编织而成的织物可以在无需电源供给情况下实现光信号的发射,也有很好的可拉伸性和生物相容性。近年来,研.....

背景介绍 

       应力发光是一种由于机械外力作用,在固体材料上引起的发光现象。应力发光纤维及纤维编织而成的织物可以在无需电源供给情况下实现光信号的发射,也有很好的可拉伸性和生物相容性。近年来,研究人员通过剪切、提拉等方式可得到应力发光纤维,并应用于应变传感、自供能显示和人体行为监测等,证明了其在可穿戴设备领域具有巨大的应用潜力。然而,目前制备得到的应力发光纤维直径都在近毫米范围,远大于常用的纺织纱线的直径(约几十微米),在应用于可穿戴设备时,难以满足人们对柔性的进一步需求。因此,未来在走向实际应用的过程中,如何制备超细应力发光纤维及实现其连续化生产是所面临的重要挑战之一。

        成果简介 

       近日,郑州大学金刚石光电材料与器件课题组开发了一种创新的粘涂方法,制备了直径仅120微米的超细应力发光纤维。在制备过程中,通过调控PDMS前驱液黏度抑制纤维制备过程中液滴的形成,得到的应力发光复合纤维具有光滑的表面结构,优异的ML性能和柔性。由连续应力纤维编织成的柔性平纹织物可通过手动拉伸实现自供能显示;此外,将应力发光纤维缝在衣服上时,可以实现人体行为的可视化监测。这种连续的超细应力发光纤维在可穿戴设备和人机交互方面具有广阔的应用前景。

        图文导读 

微信截图_20230515104232.png

       图1. 超细应力发光纤维的制备和结构。(a)超细应力发光纤维的制备流程。(b)PU纤维、PU@PDMS/ZnS:Cu和应力发光纤维的SEM图像。(c)应力发光纤维的横截面SEM图像。(d)应力发光纤维的横截面高分辨伪彩色SEM图像。(e)已报道的应力发光纤维的直径。(f)打结后的应力发光纤维的图像。(g)拉伸纤维驱动应力发光的照片。(h)拉伸织物使织物中的纤维纤产生应力发光的照片。

微信截图_20230515104247.png

       图2. 超细应力发光纤维的形成机理。(a)PU纤维浸涂不同浓度PDMS前驱液的照片。(b)不同浓度PDMS前驱液的润湿角和液滴直径与纤维的直径比。(c)液体包覆膜转换为液滴的过程示意图。(d)不同浓度PDMS前驱液的表面张力和黏度。(e)珍珠串结构和均匀结构的纤维在应变为50%时的应力场模拟。(f)提拉发和粘涂法制备的复合纤维的应力发光光谱。

微信截图_20230515104255.png

       图3. 超细复合纤维的应力发光性能。(a)不同应变下的应力发光光谱。(b)应力发光强度与施加应变的线性拟合关系。(c)纤维不同位置处的应力发光强度。(d)纤维不同角度处的应力发光强度。(e)5000次拉伸循环过程中,在50%应变下应力发光强度的变化。(f)5000次弯曲循环过程中,在50%应变下应力发光强度的变化。

微信截图_20230515104306.png

       图4. 应力发光纤维的连续制备。(a)应力发光纤维连续制备示意图。(b)平纹织物结构示意图。(c)应力发光纤维编织的平纹结构织物的实物照片。(d)折叠、卷和扭转后的应力发光织物的照片。(e)手动拉伸应力发光织物的照片。(f)应力发光织物经过洗涤后的应力发光强度。

微信截图_20230515104313.png

       图5. 应力发光纤维应用于人体行为监测。(a)应力发光单根纤维编织在衣物中的示意图。(b)紫外灯下,应力发光单根纤维编织在衣物中的实物图。(c)应力发光应用与人体行为监测示意图。(d)应力发光纤维应用于手势识别。(e-g)应力发光纤维应用于腕、肘和膝关节弯曲探测。

        作者简介 

       董林,郑州大学物理学院教授,博士生导师。长期致力于面向人工触觉的光电材料与器件研究。先后主持国家自然科学基金6项及其他各级各类项目7项,以通讯/第一作者发表论文53篇,其中中科院一区41篇。入选中原基础研究领军人才、河南省特聘教授、河南省高层次人才,获河南省自然科学奖一等奖(排名第二)。

       单崇新,郑州大学副校长、教授、博士生导师。国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、中国青年科技奖获得者。主要从事宽禁带半导体光电材料与器件研究工作,已发表学术论文300余篇,主持国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目等,团队入选全国杰出专业技术人才先进集体。

        文章信息 

       Chang S, Deng Y, Li N, et al. Continuous synthesis of ultra-fine fiber for wearable mechanoluminescent textile. Nano Research, 2023, 

       https://doi.org/10.1007/s12274-023-5587-0

  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

创新不停步,沃尔德展示金刚石工具与功能材料最新进展

创新不停步,沃尔德展示金刚石工具与功能材料最新进展

​随着人工智能、大数据、物联网及5G/6G通信的快速发展,全球半导体产业正迎来新一轮的升级浪潮。从高性能AI计算芯片到先进封装工艺,再到高功率射频器件,...

日期 2025-09-12   刀具新闻
整体需求承压 2025年上半年金刚石线企业半年报出炉

整体需求承压 2025年上半年金刚石线企业半年报出炉

​近期,美畅股份、岱勒新材、三超新材等金刚石线生产企业陆续发布2025年半年报。受下游行业影响,这几家企业业绩整体呈现出需求承压、盈利能力下滑的特点,反...

日期 2025-09-05   刀具新闻
投资1500万!河南一地金刚石微粉及研磨抛光液项目拟扩建

投资1500万!河南一地金刚石微粉及研磨抛光液项目拟扩建

​近日,郑州市生态环境局中牟分局对河南路纳尔新材料有限公司年产1.5亿克拉金刚石微粉及720吨研磨抛光液产业化项目环境影响评价文件进行审批公示........

日期 2025-08-29   刀具新闻
 中科院福建物构所一体化金刚石磨抛设备采购项目公开招标公告

中科院福建物构所一体化金刚石磨抛设备采购项目公开招标公告

中国科学院福建物质结构研究所一体化金刚石磨抛设备采购项目招标项目的潜在投标人应在www.oitccas.com;北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20...

日期 2025-08-29   刀具新闻
 营收3.35亿元!沃尔德 2025 半年报:稳守刀具市场,CVD 金刚石商业化破局提速

营收3.35亿元!沃尔德 2025 半年报:稳守刀具市场,CVD 金刚石商业化破局提速

​北京沃尔德金刚石工具股份有限公司(688028)发布2025年半年度报告。公司上半年实现营业收入3.35亿元,同比增长6.09%;归属于上市公司股东的...

日期 2025-08-29   国际资讯
河北一地高端人造金刚石合成与应用工程研究中心拟建设

河北一地高端人造金刚石合成与应用工程研究中心拟建设

​近日,承德市生态环境局对一高端人造金刚石合成与应用工程研究中心建设项目环境影响评价文件进行审批公示......

日期 2025-08-22   国际资讯
投资1000万!河南一地金刚石复合片项目拟建设

投资1000万!河南一地金刚石复合片项目拟建设

​近日,郑州市生态环境局新密分局对郑州艾德蒙超硬材料有限公司年加工1000万个金刚石复合片建设项目环境影响评价文件审批意见进行公示,标志着该项目在环保合...

日期 2025-08-22   刀具新闻
单晶金刚石刀具定向加工获突破:江南大学揭示晶向选择新规律

单晶金刚石刀具定向加工获突破:江南大学揭示晶向选择新规律

近日,江南大学研究团队在材料科学领域权威期刊《DiamondandRelatedMaterials》上发表了一项突破性成果,首次系统揭示了单晶金刚石在聚...

日期 2025-08-15   刀具新闻
恒盛能源与海科院公司探讨金刚石深海应用

恒盛能源与海科院公司探讨金刚石深海应用

​8月8日,恒盛能源股份有限公司董事长余国旭一行,赴上海交通大学长兴海洋实验室进行参观交流。上海交大海洋水下工程科学研究院有限公司(以下简称“海科院公司...

日期 2025-08-15   刀具新闻
钻耐科思突破金刚石薄膜制备技术 推动商业化应用

钻耐科思突破金刚石薄膜制备技术 推动商业化应用

​钻耐科思DiamNEX近日宣布,公司通过全球首创的“边缘暴露剥离法”,成功实现晶圆级尺寸、超平整、超薄多晶金刚石薄膜的制备。这一技术突破不仅显著提升生...

日期 2025-08-08   刀具新闻