标题：Bimodal Mechanoluminescent Core-Sheath Yarns With  Multi-Stage Excitation for Self-Powered, Long-Afterglow Wireless  Intelligent Textiles

第一作者：Huanhuan Fan

通讯作者：刘纪泽，邵世洋，蔡光明

通讯单位：海南大学，武汉纺织大学

DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.75904

摘要

引言

在海洋环境中，某些物种演化出了特殊的生物学特征，能够同时实现环境刺激响应和光子发射。例如，鮟鱇鱼依赖生物发光的光感受器进行导航和定位猎物，水生萤火虫幼虫将触觉感知与生物发光信号相结合用于通信。这些进化特征为开发下一代智能传感系统提供了宝贵的仿生设计灵感。这些平台旨在集成自供电、灵敏的机械感知和实时反馈功能，要求在低能见度条件下具备可靠的性能，从而推动了对先进柔性传感设备的研究。尽管在优化单一功能方面取得了显著进展，但多功能的协同集成与调控仍然是该研究领域的一项重大挑战，并具有深远的科学意义。

自供电多模式传感系统具有独特的优势，包括无需外部电源即可运行，以及适合长期部署。近年来，这些系统引起了越来越多的关注，在下一代场景（如可穿戴人机交互和仿生感知系统）中展现出广阔的应用前景。特别是，与力致发光的集成实现了应力触发的光电耦合，有望协同实现刺激信号的定性定量分析和可视化，从而进一步扩展其在恶劣环境中的适用性。例如，有研究开发了结合力致发光与摩擦纳米发电机结构的双模式传感器，提出摩擦电荷的产生可增强发光以提供视觉和电响应。还有研究设计了运动驱动的摩擦电-电致发光纺织品系统，展示了可穿戴发光摩擦电织物在生理监测中的应用。此外，也有研究制备了具有实时可视化反馈的仿生双模式机械传感器，用于智能控制，证明了光电耦合在可视化传感应用中的可行性。

将多种功能高效集成并精确调控到单一系统中，作为该领域最重要的趋势之一，已引起全球广泛关注。特别是在纺织领域，将多种功能集成到单一织物中，为推进下一代人机交互界面提供了重要途径。与多层复合和涂层策略不同，将多种功能集成到单根纱线的基本单元中，而非在织物层面实现，能够同时实现多刺激耦合响应、优异的轻薄性、轻量化和可穿着性。因此，在纱线尺度上集成自供电功能与发光特性，并调控刺激传递与响应行为，有望为该领域开辟新的机遇，同时，用于数据分析和信号传输的相应智能系统也是支撑其未来应用所迫切需要的。

本工作报道了一种多级激发光电双模式传感纱线。通过纱线尺度的集成调控，并结合  MXene 纳米片和 ZnS:Cu/SAOED  荧光粉，该纱线展现出优异的自供电性能，并构建了一个应力诱导的协同增强系统，包括摩擦发电、力致发光和余辉发光。得益于精确制备的多层纱线结构，摩擦电荷在单根纱线微观尺度上向发光组分的定向转移不仅极大地增强了力致发光强度，还促进了长余辉发射。通过刺绣工艺，该纱线被集成到具有定制路径和图案的纺织品中，实现了双模式功能的集成与按需分布，例如优先考虑视觉信号的背部刺绣和强调运动传感性能的关节部位刺绣。此外，基于机器学习分析和蓝牙传输的无线智能系统，实现了溺水预警、视觉定位以及人机交互的智能控制。该工作有望为水下救援等重要场景提供创新策略。

图文解析

图 1 | 核-鞘双模式纱线的设计。 (a) 双模式纱线多层制备过程的示意图。(b) 功能组分之间的分子级相互作用机制。(c) 摩擦发电、力致发光和光致发光的能量转换示意图。(d) 双模式信号采集与智能数据处理的工作流程。(e) 双模式纱线实际应用场景示意图。

图 2 | 双模式纱线的材料表征。 (a) 纱线的横截面扫描电镜图像。(b) 纱线的能谱元素分布图。(c) 纱线的 XPS 全谱图。(d) 纱线及其单个组成材料的 XRD  谱图。(e) 1650–1800 cm⁻¹ 和 3500–3750 cm⁻¹ 范围内的变温 FTIR 谱图。(f) 1800–1650 cm⁻¹  范围内的同步（左）广义二维相关 FTIR 谱图。(g) 3750–3000 cm⁻¹ 范围内的同步（左）广义二维相关 FTIR 谱图。(h)  纱线的拉伸应力-应变曲线。(i) 纱线悬挂 10–100 g 重物的光学图像及其加工形态。(j) 纱线在 0%–180%  拉伸变形下的发光图像。(k) 纱线的静态水接触角。

讨论

本公众号仅用于学术宣传交流，无任何商业获利行为。文章内容通过AI辅助生成，如有侵权及其他问题请联系后台修改删除！