在可穿戴技术爆发式发展的浪潮中，电子器件形态经历了从笨重块体、轻薄薄膜到柔性纤维的蜕变。交流电致发光（ACEL）纤维凭借其可编织、耐弯折、生物相容等特性，成为环境预警、交互显示、智能照明的理想载体。然而，三大技术瓶颈长期制约其落地应用：
色彩单一性
- 传统ACEL依赖ZnS:Cu等半导体本征发光，仅能产生单调蓝光，色域覆盖率不足75% sRGB。
- 多层涂覆工艺（如量子点包覆）需精确控制15层以上功能薄膜，良品率低于40%，无法连续化生产。
交互功能缺失
- 现有技术无法将声音信号实时转化为光信号，全球4.3亿听障人群仍依赖振动触觉等单向反馈。
- 高噪声工厂（>85dB）的声光报警系统因分立器件响应延迟（>200ms），误报率高达30%。
环境耐受不足
- 纤维器件经10次标准洗涤后亮度衰减超50%，汗水浸泡72小时失效，难以满足日常穿戴需求。
浙江理工大学胡毅教授团队在《Advanced Fiber Materials》发布“荧光染料增强ACEL纤维实现全向发光与语音交互人机接口”最新成果。该团队通过共轭静电纺丝结合溶液浸涂，制备出可连续生产、多色可调、柔性耐水的纤维光源，并成功集成声传感器，实现语音识别与可视反馈。该成果为听障人群无障交流及高噪预警提供了可穿戴光显新方案。
二、创新亮点：四维技术突破重构智能纤维范式1.荧光染料光谱重构技术
物理机制突破：
在ZnS:Cu蓝光发光层（452nm）外构建染料转换层：
- FY 3G染料吸收蓝光并重发射522nm黄光，复合产生翠绿色（CIE 0.20, 0.32）
- Rh B染料重发射578nm红光，复合生成紫罗兰色（CIE 0.24, 0.19）
动态调色能力：
- 400V电压下驱动频率从1kHz升至10kHz，发光峰蓝移40nm（502nm→462nm），实现“绿→蓝”渐变效果。
2.纳米级结构工程创新
孔隙封填技术：
- 采用PDMS介电层填充ZnS:Cu/PVDF-HFP纳米纤维孔隙，将短路风险降低98%。
等离子体键合工艺：
- O₂等离子处理（120W/2min）使PDMS表面羟基化，接触角从105°锐减至14°，确保AgNWs电极均匀附着。
3.声光跨模态交互系统
三模联动架构：
- 语音识别模块：实时解析英文语句（如"Can I help you"）
- 声压传感模块：量化环境噪声（精度±1dB）
- 六通道驱动系统：
- 通道1-3：红/蓝/绿三色对应高/中/低音量
- 通道4-6：可编程文字图案发光
毫秒级响应：
- 从声音采集到光信号反馈延迟<50ms，较传统系统提速4倍（Movie S5）。
4.仿生封装工艺
梯度封装技术：
- 内层PDMS（10:1基胶-固化剂）阻隔氧气，外层疏水涂层抵御汗液侵蚀，亮度衰减率降至0.12%/h。
光电性能极限测试
- 亮度调控域：5kHz驱动下，电压从200V升至700V时亮度呈指数增长（12.95→206.20 cd/m²），满足户外强光可视需求。
- 超低热耗散：连续运行300分钟，纤维表面温度稳定于14.4°C（室温14°C），热转化效率达92%。
机械强度终极挑战
- 抗弯折性：经1000次50%弯曲变形，亮度保持率97.2%，SEM显示无微裂纹（图3h）。
- 抗拉伸性：1000次拉伸循环后，封装纤维断裂强度保持260MPa（核心镀银尼龙纤维为575MPa）。
- 抗压性：500g重物反复挤压1000次，亮度仅衰减2.5%。
环境耐久性实证
- 洗涤稳定性：60°C皂液冲刷180分钟（ISO 105/C10标准），亮度保持92.3%，优于同类产品3倍。
- 湿热双85考验：85°C/85%RH环境中暴露72小时，亮度留存94.8%，突破热带地区应用瓶颈。
- 汗液腐蚀对抗：人工汗液（含烟酸、尿素、NaCl）浸泡72小时，亮度维持91.3%，满足运动医疗场景需求。
纺织集成兼容性
- 全向发光特性：垂直光纤轴方向360°亮度波动<11%，解决平面器件视角受限难题（图3g）。
- 透气性保障：ACEL织物透气率达926.27 mm/s（原始织物503.23 mm/s），透气性提升84%。
- 工艺适配性：成功实现吉祥结编织、醒狮手绣（图5b）、校徽刺绣（图5d），最小弯曲半径0.5mm。
图1：ACEL 纤维声传感视觉显示系统的设计与集成应用
展示了基于 ACEL 纤维的声传感视觉显示系统的设计、制造与集成过程。图中包含 ACEL 纤维的制备流程示意图（涵盖共轭静电纺丝、 dielectric 层浸涂等关键步骤）、核 - 多壳结构的 ACEL 纤维结构示意图、纤维横截面的 SEM 图像与荧光显微镜图像，还呈现了将 ACEL 纤维手工绣制成 “舞狮” 图案和文字图案的示例，以及声传感器与 EL 驱动模块结合的应用场景示意图，体现了该系统在无障碍通信等领域的潜力。
图2：ACEL 纤维的荧光染料介导颜色调节特性
呈现了 ACEL 纤维的颜色调节特性。包含多色 ACEL 纤维的结构及颜色调节机制示意图，FY 3G 和 Rh B 两种荧光染料的吸收与光致发光光谱，不同颜色 ACEL 纤维的电致发光光谱，CIE 1931 色坐标图，以及 ACEL 纤维在有无颜色转换层时的荧光显微镜图像和视觉呈现效果，展示了通过荧光染料实现颜色调节的原理与效果。
图3：ACEL 纤维的光电性能与机械稳定性特征
展示了 ACEL 纤维的性能特征。包含不同驱动频率下亮度随电压变化的曲线、固定电压下频率变化对应的 CIE 色坐标变化、不同频率下的发射光谱，以及 ACEL 纤维在不同电压和频率下的光学图像，还呈现了纤维工作时的温度变化曲线、亮度随观察角度的变化曲线和打结状态下的图像，体现了其光电性能与机械性能。
图4：ACEL 织物的性能及多维度耐久性测试结果
呈现了 ACEL 织物的性能与耐久性测试结果。包含平纹组织结构示意图，以及耐久性测试（连续发光、弯曲、拉伸、压缩、洗涤、双 85 湿热、耐汗渍）的亮度保留率曲线，部分测试还配有织物在测试前后的状态照片，验证了 ACEL 织物在各种环境和机械应力下的稳定性。
图5：ACEL 纤维在智能纺织品与交互系统中的多元应用
展示了 ACEL 纤维在智能纺织品和交互系统中的应用。包括用 ACEL 纤维编织的吉祥结（发光与非发光状态）、手工刺绣的 “舞狮” 图案、具有撞色效果的字母刺绣图案、集成纤维电池的校徽刺绣电子服装，以及声传感视觉反馈智能服装的结构框图、功能分区示意图、对不同声音强度和语音的响应效果，体现了其在文化融合和智能交互领域的应用。
四、结论与展望：定义下一代人机交互范式科学价值三重跃升
- 理论创新：
建立荧光染料-电致发光协同模型，攻克一维结构全向色转换难题。
- 工艺革命：
共轭静电纺丝+浸涂技术使生产效率达1.2m/min，成本降低至传统工艺30%。
- 系统集成：
首创声光电三模态交互框架，响应延迟进入毫秒级（<50ms）。
应用场景全景拓展
- 听障无障碍沟通：
实时将语音转化为文字发光（图5h），词库可编程扩展至50种语言（Movie S6）。
- 工业安全预警：
85dB噪声触发红光警报，误报率降至5%（图5g）。
- 智能医疗监护：
咳嗽声纹识别准确率92%，为呼吸疾病提供早期视觉预警。
- 文化电子载体：
“醒狮”刺绣图案（图5b）融合非遗工艺与电子功能，开启文化传承新维度。
未来进化四重路径
- 光谱工程：
开发近红外染料（800-1000nm），拓展至血氧监测等生物医学场景。
- 能源自治：
集成纤维锌锰电池（文献55），实现72小时离网工作。
- 量产革命：
联合纺织龙头开发卷对卷产线，目标成本$0.5/m。
- 脑机接口融合：
探索EEG信号→光模式转换，为闭锁综合征患者创造沟通新通道。
文章来源：佛山微迈科技-静电纺丝纳米纤维行业制造专家
文献来源： https://doi.org/10.1007/s42765-025-00579-w
