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  近日，西安工程大學與西安交通大學、西北工業大學聯合研究團隊受秋葵橫結構啟發，成功研制出具有綠橙雙色可切換力致發光纖維（GOBSMF）。該纖維無需外接電源，受壓時發射橙色光、受拉時發出綠色光，可一體化集成到織物中，為智能可穿戴設備、運動追蹤、水下通信等領域提供了全新解決方案。

痛點突破：現有可穿戴發光器件的“兩難困境”

  隨著可穿戴技術的快速發展，集成于智能紡織品的發光器件需同時滿足柔性、高靈敏度、舒適性和快速響應等要求。傳統薄膜類發光器件透氣差、穿戴不適，而現有力致發光纖維多局限于單一波長發光，無法直觀區分不同應力類型，嚴重限制了其實際應用。

  “如何讓發光纖維既具備剛性以響應壓力發光，又保持柔性以適應拉伸變形，同時實現不同應力下的雙色區分，是行業亟待解決的關鍵問題。”研究團隊受自然界中的秋葵給結構啟發——秋葵果實的胎盤、籽、胞腔和果皮構成的分層結構，兼具支撐性與柔韌性，這為纖維結構設計提供了天然模板。

仿生設計：復刻秋葵結構，實現“一纖雙色”

  研究團隊精準復刻秋葵的橫截面層級結構，打造了三層同軸的GOBSMF纖維：

• 核心層：以PDMS紗線模擬秋葵的中心胎盤，為纖維提供基礎機械支撐；

• 中間層：將橙色力致發光微珠（OMLM）不連續地附著在PDMS紗線表面，模仿秋葵籽的分布，形成受壓發光層，受壓時釋放橙色光；

• 外層：采用ZnS:Cu/PDMS/Al?O?復合材料模擬秋葵果皮，作為受拉發光層，拉伸時發出綠色光。

  值得關注的是，中間層微珠間的間隙被外層材料填充，形成類似秋葵胞腔的結構，既固定了微珠，又保障了纖維的整體柔韌性。這種仿生設計讓纖維首次實現“拉伸發綠光、受壓發橙光”的雙色切換，且在在小于12.7千帕的應力和10%的拉伸應變范圍內即能產生明顯的發光響應，響應時間低于500毫秒。經過上千次疲勞測試后仍保持穩定性能，并具備優異的耐水性和環境適應性。

圖1 綠橙雙色可切換力致發光纖維（GOBSMF）結構與性能

性能升級：發光強度倍增，耐用性顯著增強

  為解決傳統力致發光材料發光弱、應力傳遞效率低的問題，研究團隊針對性優化了兩層發光材料：

• 在外層受拉發光材料中加入Al?O?納米顆粒，不僅提升了應力傳遞效率，還通過顆粒間碰撞增強發光，使發光強度較傳統ZnS/PDMS纖維提升5倍；

• 在中間層受壓發光材料中，通過靜電極化將PVDF-HFP從α相轉為高壓電性能的β相，結合ZnS:Mn的壓電光子效應，使發光強度提升22倍，壓電系數從0.1 pC/N躍升至8.2 pC/N。

圖2 GOBSMF發光強度增強機理

圖3 GOBSMF雙色發光機理及影響因素

  同時，該纖維展現出優異的實用性能：拉伸應變超過80%，強度滿足紡織織造需求；經過1600次壓縮循環、1000次拉伸循環后仍保持穩定發光；表面接觸角達117°，具備疏水特性，浸泡水中7天發光性能無衰減；在不同溫度、濕度環境下均能穩定工作，耐磨次數可達5萬次。

圖4 GOBSMF的耐久性

場景落地：從運動追蹤到水下通信，應用廣泛

  憑借良好的柔性、透氣性和集成性，GOBSMF纖維可與商用彈力紗線編織成織物，無縫融入服裝、手套等可穿戴產品，解鎖多重應用場景：

• 運動追蹤：將發光織物縫制在關節處，可實時可視化人體運動軌跡，夜間登山時能幫助團隊清點人員、避免踩踏事故；

• 水下通信：潛水服搭載該織物后，潛水員可通過肢體運動產生的綠光實現同伴定位，緊急情況下按壓發出的橙光可作為求救信號；

• 戰術裝備：戰術手套集成后，士兵可通過特定手勢產生的發光信號傳遞指令，無需發聲即可完成協同，降低被紅外探測的風險；

• 智能交互：發光織物可作為信息面板，通過劃痕、按壓等動作形成發光軌跡，實現可視化信息傳遞。

圖5 GOBSMF的應用展示

結語：仿生高分子材料賦能智能穿戴新未來

  該研究通過仿生設計突破了傳統力致發光纖維的性能瓶頸，實現了“無電驅動、雙色響應、柔性集成”的多重優勢，為高分子智能材料的研發提供了新思路。研究團隊表示，未來將進一步優化纖維的發光效率和規模化制備工藝，推動其在智能服裝、人機交互、安全預警、醫療康復、體育科學、等領域的產業化應用。

  該工作以“Green-Orange Bi-color Switchable Mechanoluminescent Fiber of Okra-Like Structure for Visual Signaling”為題發表在《Advanced Materials》上。第一作者為西安工程大學碩士研究生劉金霖，共同第一作者為西安工程大學武崢教授和西北工業大學于濤教授，通訊作者為西安工程大學樊威教授，共同通訊作者為西安交通大學王淑娟教授。該工作得到國家自然科學基金、陜西省杰出青年科學基金、陜西省自然科學基金與陜西省高校青年創新團隊基金的支持。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202515254