清华大学AM：同轴电致发光变色纤维！

随着可穿戴电子设备的快速发展，智能纺织显示技术面临重大瓶颈。现有电致发光（EL）纤维虽具备柔性和可编织特性，但仅能发射固定颜色，且一维结构限制其显示预设计图案，无法实现动态色彩调控。当前主流解决方案存在明显缺陷：混合荧光粉需复杂交流电压调制系统，成本高昂且操作繁琐；而热致变色材料需加热激发，难以集成于纺织品。如何实现纤维级动态多色发光，成为推动智能显示纺织品应用的关键挑战。

针对这一难题，清华大学张如范副教授团队成功制备出具有RGB三态切换能力的同轴电致发光变色（ELC）纤维。该纤维采用分层同轴结构：以碳纳米管纤维（CNTF）为基底，内层为EL发光核心，外层包裹聚3-甲基噻吩（P3MT）电致变色（EC）聚合物外壳，中间由绝缘聚合物隔离。通过低直流电压调控EC外壳的光学过滤特性，可实时调制内部发光颜色，实现"电致发光变色"效应。更创新的是，通过在凝胶聚合物电解质（GPE）节点处正交编织电极，成功构建出可独立寻址的发光像素点阵，为物联网集成化智能显示纺织品奠定基础。相关论文以“Coaxial Electroluminochromic Fibers with Dynamic RGB Switching for Pixelated Smart Textiles”为题，发表在《Advanced Materials》。

研究团队通过图1系统揭示了ELC纤维的核心机制：同轴结构（图1A）以内层EL发光核心和P3MT动态滤光外壳为核心，成功实现光学特性调控。概念化应用场景（图1B）演示了该技术在时间显示、指令传达和导航等领域的潜力。光谱分析（图1C）证实P3MT滤光片在氧化、中间、还原三态下分别输出蓝绿、青和紫红色光，而五项性能指标对比（图1D）显示该技术具有更广色域、无限制视角、3.9秒快速响应、优异柔性和制造性，全面超越现有技术。

图1：ELC纤维结构与机制。

图2详细展示了纤维的物理与电化学特性。八层同轴结构（图2A）以CNTF为基底，表面裂纹结构（图2B）和均匀元素分布（图2C）确保功能层稳定结合。P3MT涂层（图2D）实现完整包覆，电场模拟（图2E）揭示内层交流电路均匀性与外层直流电路局域化特征。电化学测试显示-2.0~2.5V区间稳定氧化还原特性（图2F），≤4.5秒响应速度（图2G）及3000秒循环稳定性（图2H），奠定实用化基础。

图2：纤维形貌与电化学性能。

光学性能验证（图3）表明：EL纤维在100V交流驱动下发射纯净蓝光（471.5nm）和绿光（496.6nm）（图3A-B），打结与水浸测试（图3C）证实其卓越柔性与防水性。分子结构变化（图3D）驱动P3MT在蓝-绿-红光谱间切换（图3E），使蓝光/绿光ELC纤维分别实现三阶强度调制（图3F-G）。更令人瞩目的是，液态电解质中仅需-0.1~0.8V低电压即可驱动RGB态切换（图3I）。

图3：ELC光学性能。

图4呈现像素化显示突破：封装纤维在-2.0V（暗态）、0.6V（正常）、2.5V（亮态）下实现蓝/绿光动态输出（图4A-B），照度定量分析显示蓝光从7.6 lux增至27.4 lux，绿光从21.1 lux跃升至89.7 lux（图4C）。CIE色坐标（图4D）证实白光背光调控效果最显著（坐标偏移0.0052）。通过离散GPE节点构建单像素单元（图4F），3×3像素织物（图4G）成功演示独立调光能力，为指令化显示开辟新路径。

图4：像素化显示突破。

总结与展望

这项研究通过同轴集成EL与EC机制，首次实现纤维级动态多色显示，响应速度达秒级，循环稳定性超3000次。其革命性意义在于：采用全溶液化工艺实现连续纤维制备，兼容规模化编织；通过GPE点阵化设计突破一维限制，构建可独立寻址像素。未来仅需替换荧光粉和EC聚合物，即可扩展更多发光颜色组合。该技术将推动智能纺织品从"黑白显示"跃入"全彩时代"，为可穿戴设备、人机交互及物联网应用开辟全新道路。

来源：高分子科学前沿

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