图|发光经纱连续制造示意图(来源:Nature)之后,就是评估发光涂层的均匀性,研究人员将 100 米长的发光纤维放置在盐水中,并在它们之间施加交流电压,结果显示即使材料扭曲,发光性能仍然保持稳定;对于 30 米长的发光纤维,其发光强度变化小于 10%。具有不均匀 ZnS 磷光体涂层的纤维在一些电致发光单元(EL 单元)中显示出了不均匀的亮度和故障,表明发光需要均匀的发光涂层。纤维制备好之后,就是 “织布” 环节了。在工业织机上编织导电纬纱和发光经纱时,每个交织的纬纱和经纱能形成一个 EL 单元,研究人员表示,其他合成纤维材料,如尼龙和聚酯纤维,也可以与导电纬纱和发光经纱纤维共织,用于各种用途。使用这种方法,研究人员最终制造出了一块 6m×25cm(长 × 宽)的大面积显示织物,包含大约 50 万个(5 × 10^5)EL 单元。其中,600 个 EL 单元的发光强度的相对偏差变化小于 8%,如此微小的强度差异表明,这些纤维非常适合规模化制造大面积显示纺织品。不仅发光性能良好,而且经过 1000 次弯曲、拉伸和按压循环测试后,绝大多数 EL 单元的强度保持稳定(变化 < 10%)。此外,即使在沿不同方向重复折叠之后,大多数 EL 单元的强度变化小于 15%,并且在每个折叠方向上的 10000 个折叠循环中,折叠线处 EL 单元的强度也保持稳定,显示出优于传统胶片显示材料的耐用性。
图|新型电子纺织品的结构和电致发光性能(来源:Nature)研究人员在论文中提到,还可以在 ZnS 磷光体中掺杂铜和锰等不同元素,获得具有均匀分布 EL 单元的彩色纺织品,由于纤维是机织的,通过调整织造参数来改变经纬接触点之间的距离,EL 单元的密度可以很容易地进行调整。在实验中,研究人员织造的纤维最窄间距约为 800μm,平均亮度效果能与一些同等商用平面显示器相当。为了打开电致发光装置,他们在发光经纱和导电纬纱上施加交流电压,产生一个低微安的电流来为电致发光装置供电,通过改变施加的电流,就可以精确地调整 EL 单元的亮度,亮度强度一般会随电压和频率的增加而增加。这种新型电子织物还有个特点是低功耗,功耗在微瓦量级,发热可以忽略不计,很多医疗仪器测量的能量等级也常为微瓦级,通过减小发光层的厚度,可以将用于显示织物的驱动电压降低到小于 36v,在导电纬纱和发光经纱上涂覆一层透明绝缘聚合物可以进一步保证这些器件的安全性,这对于大面积服装应用也至关重要。由于发光效果还取决于发光经纱和导电纬纱之间弯曲接触区域的电场是否均匀,因此研究人员使用有限元方法模拟了发光层中的电场分布,结果发现,在外加电压下,弯曲接触处的电厂分布与平面电致发光器件一样均匀,并且即使接触面积发生变化,也能保持均匀。