“柔性可编织光电子器件”专题前言
——陶光明,郑子剑,朱斌,马志军
[摘要]当前，光电子纤维器件领域的基础研究和产业化探索齐头并进、百花 齐放，有望催生全新的产业领域和经济增长点。为了更全面地了解柔性光 电子器件领域的新原理、新技术、新应用...
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西湖大学
[摘要]作为光遗传学的重要工具，纳米光遗传探针用于实现对生物体神经元的光刺激，能够辅助神经科学家更具特异性地探索大脑的工作机制，有望用于神经疾病的发病机理分析和治疗。研究人员针对光遗传学刺激的刺激强度、刺激范围、刺激模式、时空分辨率等要求，开发了具有不同光学功能的探针，也针对丰富探针功能如原位电生理记录、化学或生物分子递送等要求，开发了多功能的神经探针。为克服传统光电子器件刚性不可弯折、易对生物体造成损伤等弊端，柔性光学神经探针应运而生。这一类探针在植入时对生物体的损伤小，在植入后能够维持稳定的出光强度，其使用寿命得到保证。本文围绕不同类型、不同功能的光遗传探针以及光遗传探针中的柔性技术进行综述和展望。
北京航空航天大学
[摘要]随着光子材料和光子器件在可穿戴技术、智慧医疗、仿生机器人等新兴应用领域的不断拓展，研制具有优异机械柔韧性、生物相容性甚至生物可降解性的光子器件日益重要。为同时实现优异的光学性能和生物力学性能，柔性光子器件从材料合成、结构设计、功能实现到工艺制备等诸多方面亟需探索。其中，有机聚合物因其质地轻柔、生物相容性好、合成可控、结构功能易于改性等优势，被认为是制备柔性光子器件最具竞争力的材料之一。一系列新型的功能性有机光子器件，如光波导、衍射光栅、光子晶体等被相继被报道。本文综述了近年来柔性有机聚合物光子器件的研究进展，总结和分析了现有技术、方法和应用，并对未来的挑战和前景进行了讨论和展望。
天津工业大学
[摘要]研究了一种用于智能服装呼吸监测的光纤织物传感器。该传感器由拉伸敏感光纤、热塑性聚氨酯弹性体（TPU）和弹性织物多层复合而成。提出基于加热方式的聚合物光纤多弯曲级联结构的定形方法，制备出具有精确特征尺寸的拉伸敏感光纤，利用TPU材料的热塑性，通过熨烫方式实现拉伸敏感光纤、TPU材料和织物的黏合来形成层压式织物传感器。所制备的织物传感器各层间无气泡和起皱，具有很好的制作重复性，可与服装实现无缝纫连接，提升服装的舒适度和美观度。实验表明，该传感器的应变系数可达71.01，拉伸率可达83%，迟滞误差小于12%，且具有单向拉伸感知能力。对所设计的呼吸监测样衣进行了实测，结果表明：在穿着者不同呼吸频率、不同姿态和运动状态下，该样衣均可获得明显的呼吸波形，呼吸率最大误差小于2 次/min，平均误差在0.8 次/min以内。
江南大学
[摘要]近年来光电子技术飞速发展，在各领域发挥重要作用，尤其在能源和传感领域有较大突破。与此同时，智能可穿戴作为智能终端产业下一个热点已被市场广泛认同，将光电子技术应用于纺织领域制备智能可穿戴设备是一个必然的趋势。纺织材料的柔性、可穿戴性及成熟的加工技术使其成为了智能电子设备的优良载体，结合光电子技术，智能纺织品可具备多种附加功能，包括传感、集能、交互等。重点讨论和总结基于光电子技术的智能可穿戴纺织品的分类、发展及应用，以便更好地与传统纺织结构或技术融合，推进智能纺织品在各个领域的发展。
华南理工大学
[摘要]为提高接触式柔性光纤温度传感器的稳定性和抗干扰性，提出了一种基于荧光强度比技术解调方法的上转换荧光纳米粒子掺杂的柔性荧光光纤温度传感器。稀土离子掺杂的复合柔性光纤受激发射出稳定荧光，依靠上转换纳米粒子热耦合能级对温度的依赖特性，热耦合能级对应的中心荧光峰的强度随着温度的变化而变化。所提柔性光纤温度传感器将掺杂Er3+的热耦合能级对应的中心荧光峰强度的比值作为温度的表征值，且其温度响应表现为热增强型，即荧光强度随着温度的升高而增强。实验结果表明柔性光纤温度传感器表现出强稳定性和强抗干扰性，同时具备良好的柔性和变形能力、高灵敏度和可重复性，最大绝对灵敏度为0.0038 ℃-1、最大相对灵敏度为1.29 %/℃。
个人辐射制冷织物的研究进展
[摘要]在高温环境中对人体降温以保持舒适性是很重要的。近年来，辐射制冷织物通过红外光学性能的设计，能够在不消耗能量的情况下将人体的热量尽可能散出去，为实现在室内和室外场景中的人体降温提供了新的机会。与室内可控热环境不同，室外热环境的特点是太阳辐照强度强，因此，在将人体热量尽可能散出去的同时还需阻止太阳热量的输入。基于室内和室外热环境的差异，分别从室内和室外应用场景的角度介绍了辐射制冷织物的设计策略，并综述了其发展情况，最后对辐射制冷织物的未来发展方向进行了展望。
北京大学
[摘要]全固态纤维电池是纤维态光伏电池走向实际应用的关键性技术之一。回顾了纤维态光伏电池光学结构的发展历程，重点阐述了无透明导电氧化物的纤维态光伏电池所采用的双电极缠绕结构设计的创新性和重要性。新材料（包括非富勒烯基的有机分子和钙钛矿）和光学活性层的新制备工艺（如气相辅助沉积法、静电纺织法）的应用使得全固态纤维电池研究取得突破性进展，光电转化效率达到10%~16%。但全固态纤维电池的模块化仍然存在重大挑战。未来面向可穿戴设备的纤维态光伏电池需要融合新材料和新工艺，开发出可回收、可重复利用、高性能、绿色环保、可编织集成的全固态纤维光伏电池。
重庆大学
[摘要]纤维结构电子器件近年来备受关注，但作为其核心部件的纤维结构光电极尚未实现批量化制造。尤其是，在沿长尺寸纤维电极组装纳米结构ZnO等常用半导体氧化物的过程中，往往面临前体溶胶长时间稳定保存与局部凝胶快速可控沉积的矛盾。因此提出了一种适合在长纤维基底上连续可控沉积纳米ZnO的电沉积方法。研究设计了能沿长纤维移动的微型连续流反应槽，并通过电泳作用强化胶团迁移，触发溶胶在纤维电极局部的快速凝胶化。最终，在长度超过米级的镀金属高分子纤维上，均匀包覆ZnO纳米薄层，并进一步在薄层上生长了多孔及纳米棒阵列结构的ZnO层，进而开发了一类纤维结构ZnO基光电极材料。该材料被成功应用于纤维太阳能电池，其中最佳的器件达到了0.446 V的开路电压、3.77 mA·cm-2的短路电流密度和0.41的填充因子。相关方法为突破多种纤维结构氧化物半导体电极的批量化制备瓶颈，实现大面积织物电子器件及智能纺织品加工提供了重要思路。
浙江大学
[摘要]近年来，力致发光材料以其独特的发光方式，吸引了越来越多研究者的关注。特别是弹性力致发光材料，具有机械力-光转换效率高、发光阈值低且具有可恢复性等优异性能，在应力探测、自驱动传感、生物健康监测、智能可穿戴等领域显示出了巨大的应用前景。力致发光光纤结合了力致发光性能和光纤的波导特性以及尺寸小、质量轻、结构灵活、集成能力强等优点。相比于块体或薄膜材料，光纤的一维结构特点可更加有效地将应力和应变转换为力致发光，实现对应力和应变的高效传感。此外，力致发光光纤还可以利用其波导特点实现力致发光信号的收集和传输，从而进一步拓展传感应用的范围和效果。首先简单介绍了力致发光材料种类、特点和力致发光原理，在此基础上对力致发光光纤的类型、制备方法和潜在应用探索进行了简单的综述，并对力致发光光纤的未来发展进行了展望。
苏州大学
[摘要]随着可穿戴电子技术的发展，柔性热电器件由于可持续供电能力、可弯曲形变性及便携性等特点成为穿戴能源设备领域的研究热点。然而，目前柔性热电器件存在拉伸性低、透气性缺乏、功能集成性差等问题，限制了其在穿戴设备中的有效应用。一维结构的纤维基可拉伸热电器件具有尺寸小、轻质、可形变性强、可编织等特点，能够实现穿戴织物的集成和人体热能的持续收集。综述可拉伸纤维基热电器件的材料、结构及制备方法，进一步讨论其在自供电传感、热能收集和热电致冷方面的应用，最后对纤维基热电器件的发展前景作出展望，并指出目前存在的关键挑战和难题。
苏州大学
[摘要]随着对可持续、可穿戴、清洁能源需求的增长，摩擦纳米发电机（TENG）引起了人们广泛的关注。基于纺织品的摩擦纳米发电机（T-TENG）具有轻薄柔软、穿着舒适的优点，一直是设计研究的焦点。由于纤维和纱线是纺织品的基本单位，纤维/纱线基TENG可以通过后续加工处理制备成不同结构的织物或集成在其他织物中，充分保留织物结构本身的优势，因此设计和开发具有优异性能的纤维/纱线基TENG被认为是制造T-TENG根本解决方案之一。本文介绍了TENG的基本原理、纤维/纱线基TENG制造技术，并对纤维/纱线基TENG的集成策略进行了综述，最后对制备纤维/纱线基TENG提出了展望并总结了面临的挑战。
西安交通大学
[摘要]微纳热电纤维兼具块体热电材料的优异性能和柔性纤维的结构特点，其在能量转换、热电制冷、温度传感、热管理、热成像等领域具有广阔的应用前景，已成为柔性热电转换领域的研究热点之一。介绍微纳热电纤维的概念和特点；总结微纳热电纤维的化学沉积和物理热拉等制备方法，对比和阐述不同种类的微纳热电纤维的重要性能和应用，对微纳热电纤维的未来发展方向进行分析和展望。
南京邮电大学
[摘要]二维过渡金属碳/氮化物（MXene）是一类新型二维纳米材料的统称，具有优异的电学、力学性能以及丰富、可调的表面化学特性，在功能材料领域受到了广泛的关注。MXene可以分散在多种溶剂中形成高浓度分散液，超过临界浓度后会表现出向列相液晶特性，使得其可以通过湿法纺丝工艺制备宏观连续的纤维。MXene纤维表现出高电导率、热导率、机械强度等性质，在未来新一代可穿戴电子设备中有非常好的应用前景。本文首先介绍了MXene及其合成方法，随后介绍了MXene基纤维制备的四种常见途径，最后总结了湿法纺丝制备纯MXene纤维和MXene基复合纤维的发展现状及其在可穿戴电子领域的应用，并对湿法纺丝MXene基纤维的未来发展方向和挑战进行了展望，为后续MXene基纤维的研究提供借鉴思路。
南开大学
[摘要]弹热制冷是一种新型制冷技术，具有解决目前传统制冷剂制冷和蒸汽压缩制冷技术所存在的大部分问题的巨大应用潜力，被认为是最具发展前景的制冷技术之一。它具有环保、高效、节能的优点，在成本、制冷量和效率及可行性等方面具有可观的优势。但弹热器件在形变过程中占用空间大、材料使用寿命低，在实际应用中仍然需要不断改进，因此，实现更加高效环保的固态制冷技术依旧是一个巨大的挑战。本综述归纳整理了弹热材料的原理、种类和器件设计。首先介绍弹热效应的基本原理和表征方法；其次，归纳以镍钛基、铜基、铁基、铁磁体形状记忆合金以及弹性聚合物作为弹热材料实现固态制冷的研究进展和需要解决的问题；最后，对目前研制出的弹热制冷装置进行了归纳分析和讨论。
华南理工大学
[摘要]光遗传学融合了光学、遗传学与基因工程，以其高时空分辨率和细胞类型特异性两大独特优势克服了传统手段控制神经元活动的许多缺点，为神经领域提供了革命性的研究手段。光遗传技术的发展取决于功能化神经探针的开发。集成了光电多功能模块的多功能光纤探针具有体积小、生物相容性高等优势，可广泛应用于光遗传学中，成为该领域当下研究热点。首先，介绍了光遗传学用神经探针需具备的基本功能，神经探针的分类及集成式神经探针的制备工艺，其次，对应用于光遗传学的多功能光纤探针的国内外研究现状进行了综述，最后，讨论了光遗传学用多功能光纤目前存在的问题及可能的解决方案。
之江实验室
[摘要]飞秒激光直写技术由于其超短脉冲持续时间、超高峰值功率、高制造精度和效率，已被广泛应用在透明硬碎材料中3D光波导器件的直写制备。近年来，通过飞秒激光在柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）中直写光波导器件越来越受到人们的关注。本综述从3个方面介绍飞秒激光直写技术在柔性PDMS中直写Type-I型光波导器件的最新研究进展，包括：飞秒激光直写不同类型光波导的基本原理；近5年来飞秒激光在柔性PDMS中直写Type-I型光波导所涉及的材料设计、直写原理和工艺；基于飞秒激光直写柔性PDMS光波导器件在衍射光栅和耳蜗内窥镜的应用研究进展。最后，对该领域研究进展进行总结、分析、归纳，并展望该领域未来研究、应用和发展方向。
