La fibra, essendo il materiale indossabile con l'applicazione più lunga nella storia dell'umanità, è attualmente un substrato ideale per i dispositivi indossabili grazie alla sua eccellente traspirabilità, flessibilità e capacità di adattarsi perfettamente alla forma irregolare 3D del corpo umano. Come mezzo di visualizzazione nel campo delle fibre funzionali, la fibra a emissione di luce rompe la rigidità dell'interfaccia di visualizzazione tradizionale e si prevede che diventi un'interfaccia di interazione emergente.
Le attuali fibre commerciali che emettono luce sono fibre ottiche polimeriche e fibre di diffusione della luce Corning Fibrance. Queste fibre utilizzano scanalature artificiali o interstizi d'aria per interrompere le condizioni di riflessione interna totale, inducendo così attivamente la dispersione della luce. Tuttavia, l'uniformità della luminosità nella trasmissione e nella direzione circonferenziale non può essere garantita a causa di perdite di trasmissione e difetti artificiali, che limitano significativamente la loro applicazione come sorgenti luminose lineari.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di scienziati, guidato dal professor Guangming Tao dell'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong e dal professor Yan-Qing Lu dell'Università di Nanchino, hanno ottenuto una fibra fotocromatica altamente flessibile e uniformemente luminescente basata su un metodo di trafilatura termica producibile in serie.
Il team ha utilizzato materiali fluorescenti sulla fibra ottica polimerica per regolarne lo spettro di radiazione esterna e ottenere una luminescenza uniforme attraverso l'effetto di saturazione. Hanno inoltre ottenuto un ampio controllo della gamma cromatica in una singola fibra ottimizzando la struttura della fibra per miscelare i colori primari RGB.
Il team di ricerca ha integrato le fibre fotocromatiche controllabili in varie interfacce interattive indossabili, che hanno realizzato interazioni diversificate come emozioni e comunicazione utilizzando abiti quotidiani e hanno fornito un nuovo modo di realizzare l'interazione uomo-computer. Si prevede che apporterà nuovi cambiamenti allo stile di vita umano nella comunicazione, nella navigazione, nell'assistenza sanitaria, nei dispositivi indossabili e nell'Internet delle cose.
Traendo vantaggio dalla progettabilità strutturale e dalla regolamentazione diversificata delle preforme composite, gli autori utilizzano materiale polimetilmetacrilato come strato interno che guida la luce e integrano materiale composito fluorescente con un indice di rifrazione inferiore nello strato esterno.
Questa struttura coassiale consente la riflessione interna totale della luce all'interno della fibra, utilizzando l'effetto di conversione della lunghezza d'onda del materiale fluorescente per ottenere un'emissione di luce uniforme e completa.
Allo stesso tempo, seguendo il principio della miscelazione dei colori RGB, più strati centrali che guidano la luce e materiali fluorescenti con colori diversi sono incapsulati all'interno di un'unica fibra per realizzare la regolazione di un sistema multicolore. Infine, i materiali PVDF fisicamente e chimicamente stabili sono integrati all'esterno della fibra per ottenere la sigillatura e la protezione dei materiali funzionali.
"La fibra fotocromatica che abbiamo progettato supera principalmente le fibre che emettono luce esistenti in tre aspetti dei difetti:1) ottenendo un'emissione di luce uniforme e completa utilizzando l'effetto di conversione della lunghezza d'onda del materiale fluorescente. 2) Sfruttando le caratteristiche della guida d'onda multipla strati centrali all'interno di una fibra multicore che possono essere controllati individualmente in segmenti e ottenere una regolazione della gamma di colori più ampia in una singola fibra modulando la luminosità della sorgente luminosa negli strati centrali accoppiati 3) Preparazione di centinaia di metri basata sul disegno termico industriale processo che supera i limiti della tradizionale preparazione delle fibre luminescenti, come tempi di ciclo lunghi, lunghezza effettiva ridotta e costi di preparazione elevati."
"L'elevata efficienza produttiva delle fibre fotocromatiche facilita il soddisfacimento della sostanziale domanda di fornitura industriale tessile. Queste fibre possono essere facilmente incorporate in vari indumenti quotidiani attraverso tecniche di cucito e lavorazione a maglia, fornendo un nuovo approccio per ottenere interfacce interattive indossabili e flessibili."
"Cerchiamo di integrarlo in molteplici scenari di interazione indossabili per dimostrare la fattibilità delle fibre fotocromatiche come strumento tecnologico di comunicazione ausiliario e fornire anche un nuovo modo di pensare per l'integrazione multimodale dei tessuti intelligenti. Senza sollevare preoccupazioni sulla privacy, questa svolta potrebbe aprire nuove aree per le future città intelligenti, case intelligenti, interfacce uomo-computer e monitoraggio della salute", affermano gli scienziati.
Ulteriori informazioni: Pan Li et al, Display in fibra fotocromatica multicolore indossabile e interattivo, Luce:scienza e applicazioni (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01383-8
Informazioni sul giornale: Luce:scienza e applicazioni
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
