淺析發光紡織纖維在可穿戴產品中的多元化運用

李文欣，喻玥

（湖北美術學院,湖北 武漢 430060）

1 發光纖維織物的發展進程

近來，服裝的作用已經從單純的身體防護、保暖、舒適時尚，發展到具有信息交流甚至增強現實等高級可穿戴功能。隨著電子科學技術的進步，一些微電子設備已與紡織品集成應用于可穿戴產品，具有監護、通訊、治療、輔助、娛樂等功能。對這一技術領域的不斷探索，為可穿戴產品行業創造了一個新的市場，也創造了許多機會，吸引了數千家研究機構和企業開發新技術和產品，包括基于光纖技術的智能紡織品。

1960 年，在英國標準通信公司實驗室工作的英籍華裔科學家高昆博士和霍克姆博士指出：只要去除玻璃中的雜質，使其對光的吸收減到最小，就可以利用光導纖維進行遠距離光信息傳輸。今天，光纖技術不僅被開發用于光和信號傳輸，而 且還被廣泛用于傳感器中以獲得良好的計量特性。隨著時間的推移，光纖技術逐漸以可穿戴方式應用于紡織品，以實現各種功能，例如通信、顯示、傳感和監控。光纖的纖維外觀比許多其他用于智能紡織品的設備更具優勢。光纖與傳統的紡織纖維非常相似，可以像用于織物制造的標準紡織紗線一樣進行理想的加工，這是生成智能紡織材料的第一步。光纖，尤其是聚合物光纖 (POF)，具有柔韌、體積小、重量輕、耐用、經濟高效且不受電磁干擾等優點。此外，光纖設備易于操作，連接簡單，與人體具有良好的生物相容性。通過將光纖集成到合適的紡織結構中，可以在可穿戴設備的任何部分實現光傳輸或發射，即光纖技術的功能可以通過可穿戴形態到達人體的任何部分，這些特性使光纖成為嵌入紡織結構的理想復合材料。

2 發光纖維紡織品材料與構成

許多發光材料被用于探索將光嵌入可穿戴設備的方式原型。發光纖維是指受到光和放射線的照射時，能發出比照射光波長長的可見光的纖維。常見的發光纖維有：(1) 用低折射率玻璃制成中空纖維，內充高折射率的液態發光材料；(2)以發光玻璃作為芯料的纖維；(3)以發光塑料作為芯料的纖維。

發光纖維光源包括飛利浦LUXEON 由WS2812 LEDs、Sparkfun光纖Fabric，康寧纖維光擴散纖維組成，康寧纖維還配備了ThorLabs Blue 光纖耦合高功率LED 和ThorLabs T-Cube LEDDriver，這些光源是在峰值時指定的波長顯示支持褪黑素抑制和緩解SAD 相關癥狀[1]。

除此之外，所有的光源都是有目的地擴散，從而起到保護作用。這些光源嵌入時尚服裝，面向大眾更易傳播并滿足美觀需求。這樣用戶就可以根據具體情況進行酌情選擇治療方案。可穿戴光纖紡織品制造技術有機織、針織和非織造方法，可將光纖技術嵌入紡織面料中，使光纖技術可穿戴。因此，相關設備的舒適度、靈活性、可用性和準確性可以得到極大的提高。經紗和緯紗在基本編織結構中一根一根交織，在大多數情況下，光纖在未彎曲的情況下或以有限的彎曲角度編織成織物，以確保有效的傳輸和傳感功能。光纖和標準紡織紗線通常是通過手工織機根據設計規則（例如平紋、斜紋和緞紋）交織而成的。此外，采用不同編織結構設計的光纖將具有不同的傳感特性。據報道，緞紋編織結構中光纖的側發光特性明顯高于平紋和斜紋編織結構中的光纖。與此同時，光纖特性也會影響最終的智能紡織品性能，研究表明通過編織基材上嵌入刺繡織物的紡織技術，可為新生兒黃疸（高膽紅素血癥）皮膚提供可穿戴式光療。

3 發光纖維織物在可穿戴產品中的多元化運用

3.1 發光纖維在可穿戴時尚產品中的運用

對于當下和未來時尚而言，融聚了歷史、藝術、科技、商業、流行文化、生活方式等，是一個時代科技與藝術碰撞的重要體現[2]。通過應用光纖的橫向發光原理，已經開發出許多具有吸引力和多變顏色的可穿戴產品。Koncar 通過應用紡織編織技術在二維表面上開發了一種柔性光纖顯示技術。因此，可以在充當織物顯示屏的編織結構中實現光纖的 XY 網絡。顯示矩陣的設計使得不同的光源通過嵌入在每個設計表面單元中的光纖連接。可穿戴發光電子紡織材料已被引入時尚產品，如:ICD+夾克、帶有刺繡紡織鍵盤、Softswitch遙控器的燈開關和枕套、Numetrex 運動文胸(Texttronics)、智能紡織服裝，如WarmX 背心、紡織頭帶和面部肌電和膝蓋袖口彈性傳感器。這種開發出來的織物展示不僅在時尚方面，而且在信息展示、交流和娛樂方面都具有巨大的潛力。此外，基于相同的工作原理，深圳時尚夜光服飾有限公司（中國）通過制造一系列發光紡織纖維服裝（如夾克、連衣裙和內衣）和配飾，將這種光纖照明技術商業化。提花制造商Se-yang Textile（韓國）開發了一種可以顯示具有可變運動和照明水平的變化圖案。設計的發光光纖織物的顏色可以改變，因為微孔處發出的光的原始顏色可以與添加的照射引導光或反射環境光的顏色混合以呈現新的顏色。將光纖 LED 集成到衣服中有望最大限度地提高人機交流，設計師克拉拉·達金，通過使用刺繡和電子產品制作的交互式“經驗”創造了手工與科技結合的方法，其Triptych項目，在安藤忠雄的冥想空間拍攝，運用運動傳感器、led 燈、電路、刺繡等技術，當Infinity Bomber Jacket 感知到周圍有運動現象時，它就會改變顏色形成互動。還有EL 發光光纖與反光纖維編織形成的電致發光警示服裝也彌補了戶外工作者的發光警示服光源弱的問題。與此同時，發光材料在舞臺服裝上的應用已經成為一種新的潮流，以2019 年陶蕾在無錫沾花灣實景演出的《秀·江南》為例，“行者”穿著發光服進行演繹，使用光纖布、冷光片、LED 燈，淡化燈點，讓整體的服裝古韻相融，展現出暈染空靈的神秘感。學科的跨界與協作不斷改變著當代藝術的風貌，明確提示了未來服裝行業從業人員跨界學習和實踐的必要性，也鼓勵著不同學科背景的學者對可穿戴藝術進行探索[3]。

3.2 發光纖維在醫療和保健產品中的運用

光和光學技術已經應用于疾病治療的臨床實踐，這些方法對現代醫學產生了深遠的影響。光療法通常采用各種波長的光來緩解疼痛，以及對肌腱損傷、代謝疾病和組織的修復。幾種光纖設備已與織物材料集成并貼近人體皮膚，在光療中具有出色的光學和熱學特性。波長選擇在光療中非常重要，因為不同的波長對人體組織有不同的穿透深度，會產生不同的治療效果。近紅外光可以影響色素細胞并增強線粒體中的 ATP（三磷酸腺苷）合成，從而加速傷口愈合并刺激毛發生長。通過將 POF 編織到織物中以發射低水平紅光和近紅外光，用于促進人成纖維細胞中的膠原蛋白生成，基于此開發了一種基于紡織品的側發光聚合物光纖裝置產品。當與人體皮膚接觸時，該設備可以持續提供穩定的光功率密度和工作溫度達 10 小時，而不會產生任何潛在危害。此外，藍光通常用于新生兒黃疸的光療。昆特設計了一種應用 POF 的均質發光紡織品，用于長期新生兒黃疸治療。已有編織生產嘗試了各種織物結構中以不同方式排列POF，以開發出舒適透氣的織物，這種織物取得了積極的治療效果，因此可以用作可穿戴的光療設備，在家庭治療中為新生兒提供同步護理。此外，基于紡織品的光纖技術也可用于光動力療法 (PDT)。科克倫通過使用 POF 和聚酯紗線設計了一種紡織光擴散器 (TLD)，可靈活、均勻地將光照射到人體皮膚上，以激活藥物并在皮膚病學中發揮治療作用。

4 未來發光纖維織物與可穿戴產品的融合趨勢

功能多元化、物美價廉、環保綠色化且兼備時尚美學的可穿戴產品會隨著科技的進步發展、多學科交叉合成普及應用于市場和大眾。發光纖維材料作為可穿戴產品的一種功能性材料也逐漸演變成了智能紡織品的重要組成部分，柔韌性較強的發光二極管、塑膠光纖織物與LED 光源、EL 冷光線與冷光片等發光材料已運用于服飾、家具、醫療、舞美等領 域，由于是新興產品，未來需要多加探索，獲得更大的發展空間和可能性。