本發(fā)明具體涉及電致發(fā)光纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著柔性顯示器的發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域如人造皮膚、軟機(jī)器和人機(jī)界面得到了迅速的提升，這得益于這些設(shè)備固有的機(jī)械遵從性、功能可擴(kuò)展性和對(duì)各種場景的適應(yīng)性。在各種柔性顯示器件中，基于纖維的顯示平臺(tái)通常是首選，因?yàn)槿嵝燥@示器主要用于可穿戴設(shè)備，這些設(shè)備需要與多種柔性表面集成，例如織物和皮膚。纖維的多尺度結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性允許最大化或增強(qiáng)器件的靈活性，以適應(yīng)各種應(yīng)用。

2、目前，市場上常見的發(fā)光纖維器件主要包括發(fā)光二極管以及冷光線。發(fā)光二極管纖維具有低電壓驅(qū)動(dòng)、高亮度等優(yōu)勢(shì)，但其沒有柔性，難以集成在可穿戴織物上；冷光線是一種能夠產(chǎn)生高亮度、高色溫光線的發(fā)光纖維，其結(jié)構(gòu)包括內(nèi)外電極以及夾在中間的發(fā)光層，并在最外層用塑料套封裝，但冷光線直徑較粗較硬難以編織，因而其應(yīng)用也受到限制。

3、此外，現(xiàn)有的同軸紡絲技術(shù)構(gòu)造的柔性發(fā)光纖維的外層透明電極通常使用聚合物和導(dǎo)電納米材料(如銀納米線、碳納米管和石墨烯)復(fù)合而成，該方法難以實(shí)現(xiàn)長距離的均勻涂覆。并且，一旦拉伸應(yīng)變超過一定值，這些納米材料的連通性就會(huì)低于滲透閾值，從而導(dǎo)致導(dǎo)電性急劇下降，影響器件的發(fā)光性能，難以滿足可穿戴顯示器的機(jī)械穩(wěn)定性和長期功能穩(wěn)定性要求。

4、因此，如何提供實(shí)現(xiàn)纖維的力學(xué)可調(diào)、且在拉伸狀況下保持長期發(fā)光穩(wěn)定，是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中電致發(fā)光纖維的力學(xué)性能適用范圍小，且難以在拉伸狀態(tài)下保持發(fā)光穩(wěn)定性好的缺陷，而提供了電致發(fā)光纖維及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的電致發(fā)光纖維具有力學(xué)性能可調(diào)，且在拉伸狀態(tài)下可保持良好發(fā)光穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明提供了一種電致發(fā)光纖維，其包括n個(gè)導(dǎo)電纖維體和電致發(fā)光層，n≥2；

3、其中，所述導(dǎo)電纖維體相互平行且間隔設(shè)置；

4、所述電致發(fā)光層包覆于所述導(dǎo)電纖維體的表面且填充于所述導(dǎo)電纖維體之間的間隙。

5、本發(fā)明中，所述導(dǎo)電纖維體可包括導(dǎo)電纖維芯，所述導(dǎo)電纖維芯的表面各自獨(dú)立地包覆或未包覆有涂層；所述涂層為介電層或發(fā)光層。所述涂層可避免導(dǎo)電纖維體之間發(fā)生短路并且可增強(qiáng)發(fā)光層的電場強(qiáng)度，降低電勢(shì)能的損失。

6、其中，所述涂層的厚度較佳地為10μm-100μm，例如20μm、50μm或60μm。

7、在一些實(shí)施方式中，n＝2，2個(gè)所述導(dǎo)電纖維體中導(dǎo)電纖維芯的表面均包覆有介電層。

8、在一些實(shí)施方式中，n＝2，2個(gè)所述導(dǎo)電纖維體中所述導(dǎo)電纖維芯的表面均包覆有發(fā)光層。

9、在一些具體實(shí)施方式中，至少1個(gè)所述導(dǎo)電纖維體中導(dǎo)電纖維芯的表面包覆有介電層，所述介電層包括介電納米顆粒和彈性聚合物。

10、其中，所述介電納米顆粒較佳地為鈦酸鍶和/或鈦酸鋇。

11、其中，所述彈性聚合物較佳地包括聚氨酯、聚二甲基硅氧烷和硅橡膠中地一種或多種；所述聚氨酯較佳地為水性聚氨酯；所述水性聚氨酯的固含量較佳地為30％-50％。

12、其中，所述介電納米顆粒與所述彈性聚合物的質(zhì)量比較佳地為(0.3-2)：1，更佳地為(0.3-0.8)：1或(0.5-2)：1，例如3:2。

13、當(dāng)所述介電納米顆粒為鈦酸鍶，所述彈性聚合物為水性聚氨酯時(shí)，所述鈦酸鍶與所述水性聚氨酯的質(zhì)量比為(0.5-2)：1，例如3:2。

14、當(dāng)所述介電納米顆粒為鈦酸鋇，所述彈性聚合物為聚二甲基硅氧烷時(shí)，所述鈦酸鋇與所述聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為(0.3-0.8)：1。

15、在一些具體實(shí)施方式中，至少1個(gè)所述導(dǎo)電纖維體中導(dǎo)電纖維芯的表面包覆有發(fā)光層，所述發(fā)光層包括發(fā)光顆粒和彈性聚合物。

16、其中，所述發(fā)光顆粒較佳地為摻雜金屬元素的zns顆粒和/或mn顆粒，所述摻雜金屬元素的zns顆粒更佳地為zns:cu顆粒和/或zns:al顆粒。

17、其中，所述彈性聚合物較佳地包括聚氨酯、聚二甲基硅氧烷和硅橡膠中地一種或多種；所述聚氨酯較佳地為水性聚氨酯；所述水性聚氨酯的固含量較佳地為30％-50％。

18、其中，所述發(fā)光顆粒與彈性聚合物的質(zhì)量比較佳地為(5-50)：10，例如5:2或1:1。

19、其中，所述發(fā)光層較佳地還包括介電納米顆粒；所述介電納米顆粒較佳地為鈦酸鍶和/或鈦酸鋇；所述介電納米顆粒與彈性聚合物的質(zhì)量比較佳地為(1-10)：10，例如1:4。

20、本發(fā)明中，所述導(dǎo)電纖維體中的導(dǎo)電纖維芯可選自金屬纖維和/或?qū)щ姀?fù)合纖維。

21、其中，所述導(dǎo)電復(fù)合纖維較佳地包括纖維基體和導(dǎo)電涂層；所述纖維基體較佳地為聚酰胺纖維、聚酯纖維、橡膠纖維和絲蛋白纖維中的一種或多種；所述導(dǎo)電涂層較佳地為銀納米線、碳納米纖維和包含金屬粒子的膠粘劑中的一種或多種。

22、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電纖維芯可為金屬纖維，可制得剛性的電致發(fā)光纖維。

23、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電纖維芯可為聚酰胺纖維，可制得半柔性的電致發(fā)光纖維。

24、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電纖維芯可為橡膠纖維和/或絲蛋白纖維，可制得柔性且拉伸性良好的電致發(fā)光纖維。

25、本發(fā)明中，所述電致發(fā)光層可包括發(fā)光顆粒和彈性聚合物。

26、其中，所述發(fā)光顆粒較佳地為摻雜金屬元素的zns顆粒和/或mn顆粒，所述摻雜金屬元素的zns顆粒更佳地為zns:cu顆粒和/或zns:al顆粒。

27、其中，所述彈性聚合物較佳地包括聚氨酯、聚二甲基硅氧烷和硅橡膠中地一種或多種；所述聚氨酯較佳地為水性聚氨酯；所述水性聚氨酯的固含量較佳地為30％-50％，例如35％。

28、其中，所述發(fā)光顆粒與彈性聚合物的質(zhì)量比較佳地為(5-50)：10，例如5:2或1:1。

29、其中，所述發(fā)光層較佳地還包括介電納米顆粒；所述介電納米顆粒較佳地為鈦酸鍶和/或鈦酸鋇；所述介電納米顆粒與彈性聚合物的質(zhì)量比較佳地為(1-10)：10，例如1:4。

30、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電纖維體的直徑可各自獨(dú)立地為50μm-200μm；所述導(dǎo)電纖維體的電阻可各自獨(dú)立地為10ω/cm-50ω/cm。

31、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電纖維體的直徑可各自獨(dú)立地為0.5mm-2mm；所述導(dǎo)電纖維體的電阻各自獨(dú)立地為0.1ω/cm-10ω/cm。

32、在一些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電纖維體的直徑可各自獨(dú)立地為0.2mm-1mm；所述導(dǎo)電纖維體的電阻各自獨(dú)立地為20kω/cm-500kω/cm。

33、本發(fā)明中，所述電致發(fā)光纖維的直徑可為200μm-2000μm。

34、本發(fā)明中，所述電致發(fā)光纖維的長度可為≥20m。

35、本發(fā)明還提供了一種如前所述電致發(fā)光纖維的制備方法，其包括以下步驟：將n個(gè)導(dǎo)電纖維體平行且間隔設(shè)置，同步涂覆電致發(fā)光層溶液，形成電致發(fā)光層，即得到所述電致發(fā)光纖維；其中，n≥2；所述電致發(fā)光層包覆于所述導(dǎo)電纖維體的表面且填充于所述導(dǎo)電纖維體之間的間隙。

36、本發(fā)明中，所述同步涂覆的操作可為將n個(gè)導(dǎo)電纖維體以預(yù)設(shè)速率并行通過含有電致發(fā)光層溶液的浸涂槽進(jìn)行連續(xù)涂覆并收集，然后加熱，得到所述電致發(fā)光纖維。所述同步涂覆過程中，平行的兩個(gè)導(dǎo)電纖維體之間的毛細(xì)力(fc)有利于發(fā)光層溶液構(gòu)成的液體沿長軸方向擴(kuò)散。其次，在液體構(gòu)成電致發(fā)光層的橫截面產(chǎn)生拉普拉斯力(fl)，再次，在波本身曲率半徑方向產(chǎn)生拉普拉斯壓差(fd)，可以減弱不穩(wěn)定性。在雙平行的導(dǎo)電纖維體上，波峰的曲率半徑小于波谷的曲率半徑(rp<rt)，導(dǎo)致fl-p>fl-t，以促進(jìn)雙平行纖維上均勻流體涂層的形成。若涂覆不均勻，會(huì)影響導(dǎo)電纖維體的力學(xué)性能，本發(fā)明的涂覆方法可獲得均勻的電致發(fā)光層可克服不均勻涂覆帶來的力學(xué)性能降低的影響。

37、其中，所述預(yù)設(shè)速率較佳地為5-50mm/s，例如12mm/s。

38、其中，所述加熱的溫度較佳地為60℃-180℃，例如100℃。

39、其中，所述加熱的時(shí)間較佳地為10s-60s，例如10s。

40、其中，所述涂覆的次數(shù)較佳地為1-3次，例如1次。

41、在一些具體實(shí)施方式中，至少1個(gè)所述導(dǎo)電纖維體中導(dǎo)電纖維芯的表面包覆有發(fā)光層或介電層，其制備方法可為：將導(dǎo)電纖維芯經(jīng)導(dǎo)向裝置，以預(yù)設(shè)速率通過含有發(fā)光層溶液或介電層溶液的浸涂槽進(jìn)行連續(xù)涂覆；然后加熱干燥，形成所述介電層或發(fā)光層。

42、其中，所述預(yù)設(shè)速率較佳地為5-50mm/s，例如12mm/s。

43、其中，所述加熱的溫度較佳地為60℃-180℃，例如100℃或110℃。

44、其中，所述加熱的時(shí)間較佳地為10s-60s，例如10s。

45、其中，所述涂覆的次數(shù)較佳地為2-10次更佳地為4-10，例如2次或4次。

46、其中，所述介電層溶液的制備方法較佳地為：將所述介電納米顆粒在分散在所述彈性聚合物中，再進(jìn)行超聲處理即可，所述超聲處理的時(shí)間較佳地為10-30min。

47、在一些實(shí)施方式中，所述介電層溶液中還包含正己烷。

48、當(dāng)所述介電納米顆粒為鈦酸鋇，所述彈性聚合物為聚二甲基硅氧烷時(shí)，所述介電層溶液中還包括正己烷，所述鈦酸鋇與所述聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為(0.3-0.8)：1；所述聚二甲基硅氧烷和所述正己烷的質(zhì)量比為(1-10)：1。

49、當(dāng)所述彈性聚合物為硅橡膠時(shí)，所述介電層溶液中還包含正己烷，所述硅橡膠和所述正己烷的質(zhì)量比為(1-10)：1。

50、其中，所述發(fā)光層溶液的制備方法較佳地為：將所述發(fā)光顆粒在攪拌的條件下分散在所述彈性聚合物中即可；所述攪拌的時(shí)間較佳地為10-30min；所述攪拌的速率較佳地為100-400r/min，例如300r/min。

51、本發(fā)明還提供了如前所述電致發(fā)光纖維在發(fā)光器件中的應(yīng)用。

52、本發(fā)明還提供了一種發(fā)光器件，其包括如前所述的電致發(fā)光纖維形成的織物。

53、本發(fā)明中，所述發(fā)光器件還包括：與電致發(fā)光纖維電連接的傳感器和處理器；其中，電致發(fā)光纖維分別與處理器電連接，且構(gòu)成預(yù)設(shè)的圖案；所述傳感器較佳地為光傳感器或聲音傳感器。

54、本發(fā)明中，所述織物可為采用自動(dòng)繡花機(jī)等方法將所述電致發(fā)光纖維編織出各種設(shè)計(jì)的圖案用于發(fā)光顯示，并由具有多通道控制能力的驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行控制；所述用于發(fā)光顯示的織物接收到來自數(shù)據(jù)傳輸單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，將信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?，微控制單元?duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，驅(qū)動(dòng)顯示織物動(dòng)態(tài)顯示數(shù)字和圖案。所述圖案可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，例如七段數(shù)字顯示圖案或5×5陣列圖案。

55、本發(fā)明還提供了一種語音交互發(fā)光顯示器，其包括如前所述的發(fā)光器件。

56、本發(fā)明中，所述語音交互發(fā)光顯示應(yīng)用可用于識(shí)別包括但不限于人聲類別、環(huán)境噪聲、人類語句，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語義對(duì)話顯示，并為聽障患者提供視聽輔助，可用于發(fā)出警報(bào)提示，提供安全保障。

57、本發(fā)明中，所述語音交互發(fā)光顯示器可采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cnn)模型和mel頻譜圖的識(shí)別方法，可以識(shí)別人聲類別、環(huán)境噪聲的種類和頻率，并可與人類語句的識(shí)別相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更全面的語音識(shí)別應(yīng)用。

58、在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

59、本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。

60、本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

61、(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的電致發(fā)光纖維的力學(xué)性能可廣泛調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光纖維的斷裂伸長率在20％-450％，斷裂強(qiáng)度在0.2mpa-100mpa的范圍內(nèi)可調(diào)，可以滿足各種柔性顯示器的機(jī)械性能要求。

62、在一些實(shí)施方式中，電致發(fā)光纖維的斷裂伸長率為20％-40％，其斷裂強(qiáng)度為70mpa-75mpa；在另一些實(shí)施方式中，電致發(fā)光纖維的斷裂伸長率為80％-90％，其斷裂強(qiáng)度為71mpa；在另一些實(shí)施方式中，電致發(fā)光纖維的斷裂伸長率為300％-400％，其斷裂強(qiáng)度為0.2mpa-0.5mpa。

63、(2)本發(fā)明提供的電致發(fā)光纖維在拉伸狀態(tài)下可保持良好的發(fā)光穩(wěn)定性，在一些較佳實(shí)施方式中，拉伸長度為200％時(shí)，可保持發(fā)光強(qiáng)度于初始狀態(tài)相當(dāng)。

64、(3)本發(fā)明提供的電致發(fā)光纖維還具有低的閾值驅(qū)動(dòng)電壓(閾值驅(qū)動(dòng)電壓定義：發(fā)光器件的亮度達(dá)到1cd?m-2時(shí)的電壓)，最低可達(dá)21v，可以通過摩擦電織物產(chǎn)生的電壓驅(qū)動(dòng)發(fā)光，不需要額外的能量供應(yīng)；還具有良好的耐洗效果，在洗滌后仍可保持良好的發(fā)光性能；并且可以耐受環(huán)境的溫度和濕度的變化，在高溫低濕或低溫高濕下保持穩(wěn)定的發(fā)光狀態(tài)。

65、(4)本發(fā)明提供的電致發(fā)光纖維可以作為發(fā)光織物貼合或織造于可穿戴產(chǎn)品，例如衣服、柔性織物等產(chǎn)品上等進(jìn)行應(yīng)用；進(jìn)一步應(yīng)用到語音交互發(fā)光顯示器中。