發(fā)光類智能紡織品的設(shè)計(jì)研究

邵琪琪

（天津美術(shù)學(xué)院，天津300141）

1 智能紡織品的發(fā)展?fàn)顩r

1.1 什么是智能紡織品

智能紡織品是一種新興的紡織品，在隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)程中將科技與現(xiàn)代化的紡織品結(jié)合，讓紡織品在既有的基礎(chǔ)上增加多層次的功能作用和視覺表現(xiàn)力。當(dāng)前的智能紡織品可以從兩方面來定位，從廣義上講，智能紡織品是一類紡織、電子、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉研究的智能化紡織品，基于仿生學(xué)概念，能夠模仿生命系統(tǒng)，同時(shí)具有可感知和反應(yīng)的雙重功能；從狹義上講，智能紡織品是指電子信息智能紡織品，是將微電子、信息、計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合到紡織品中，通過傳感器能夠發(fā)出不同頻率信號，使其在紡織品上有所反映，并進(jìn)行信息采集和記錄。在軍事領(lǐng)域、生物醫(yī)療、通訊領(lǐng)域方面進(jìn)行應(yīng)用研究。

1.2 智能紡織品的發(fā)展

大體分為三個(gè)發(fā)展階段：第一個(gè)階段是被動(dòng)智能紡織品，按照預(yù)先的設(shè)定采集信號并做出反饋；第二個(gè)階段是指主動(dòng)智能紡織品，除能夠感知外界環(huán)境的變化和刺激外還具有反饋能力；第三個(gè)階段是適應(yīng)性智能紡織品，是集多學(xué)科交叉研究為一體的智能紡織品，除了感知、反應(yīng)并自我調(diào)節(jié)外，還可以適應(yīng)外界環(huán)境。在材料領(lǐng)域，電致發(fā)光、光致發(fā)光、熱致發(fā)光、聲致發(fā)光和化學(xué)發(fā)光材料種類豐富，未來有望實(shí)現(xiàn)各種形式的柔性發(fā)光織物。

2 發(fā)光智能紡織品的種類

2.1 電致發(fā)光智能紡織品

智能紡織品近年發(fā)展迅速，逐漸滿足各個(gè)領(lǐng)域的不同需求，與普通紡織品不同，可穿戴智能紡織品集紡織、計(jì)算機(jī)、生物學(xué)等多學(xué)科技術(shù)集于一體。目前基于織物制備的可穿戴發(fā)光器件主要有無機(jī)發(fā)光二極管（LED）、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、聚合物發(fā)光電化學(xué)電池（PLEC）和交流電致發(fā)光（ACEL）器件。將此類發(fā)光器件通過編織、針織、機(jī)織等多種方式融入我們的紡織品設(shè)計(jì)中，可形成兼具紡織品柔性和發(fā)光智能紡織品[1]。

2.1.1 無機(jī)發(fā)光二極管LED 與智能紡織品

基于LED 的智能紡織品在面前階段應(yīng)用最為廣泛，也是目前可在服裝設(shè)計(jì)中展現(xiàn)較為常見的一種電致發(fā)光形式，LED 具有低功耗、高亮度、發(fā)光穩(wěn)定、低成本和耐用等特點(diǎn)[2]，可發(fā)光LED 紗線智能紡織品面料以及；另外一種將多個(gè)LED 集成顯示屏幕與織物基底集合，形成具有未來感的服飾設(shè)計(jì)，此外將一段連接有LED 的光纖植入紡織品中，通過光纖的側(cè)發(fā)光原理實(shí)現(xiàn)光點(diǎn)的效果，將聚合物光纖POF 植入面料中可實(shí)現(xiàn)可穿戴效果的紡織品服裝設(shè)計(jì)，這種面料柔軟不會(huì)對人體產(chǎn)生影響，也可以大面積大批量生產(chǎn)。

2.1.2 有機(jī)發(fā)光二極管OLED 與智能紡織品

可穿戴發(fā)光器件作為柔性電子領(lǐng)域的一種新興技術(shù)備受關(guān)注。柔性電子是一種經(jīng)過折疊、壓縮、彎曲變形后依然保持著高效光電性能，因其具有柔性、高效能、低成本的特點(diǎn)，使得柔性電子技術(shù)與智能紡織品相結(jié)合成為可能，作為前沿領(lǐng)域的方向?qū)⒂袡C(jī)發(fā)光二極管OLED 與紡織品相結(jié)合[3]，OLED 顯示屏的顯色度高，色彩鮮艷，作為前沿的科技領(lǐng)域與藝術(shù)相結(jié)合，美國的蘋果公司、韓國的三星公司都加大了對柔性電子領(lǐng)域的研究投入，近年同電子產(chǎn)品相結(jié)合，韓國KAIST 的研究人員，研發(fā)出了一種可驅(qū)動(dòng)的OLED 電子纖維，這種OLED 纖維使用了浸涂法，通過在一個(gè)3D 纖維上，進(jìn)行Deep 涂層制程，使其具有兼容纖維的OLED 結(jié)構(gòu)。在性能上完全不輸平面OLED 器件。研究人員還通過手工編織的方式，證實(shí)了這種OLED 可以被編織成紡織品或針織類型的服裝。

2.1.3 交流電發(fā)光ACEL 基于發(fā)光材料ZnS 與紡織品

無機(jī)交流電因發(fā)光材料ZnS 儲存簡單、成本低廉等優(yōu)勢在柔性電子發(fā)光器件中極具優(yōu)勢，摻雜具有不同特征發(fā)光峰的金屬元素可使器件發(fā)出不同顏色的光，如ZnS,Cu（綠色）、ZnS,Mn（橙色）、ZnS,Al（白色）[4]。在與智能紡織品、可穿戴發(fā)光器具領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用，當(dāng)ZnS 通過加在兩端電極的交流電壓，從而形成的電場激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光，因其發(fā)光不產(chǎn)生熱量，所以通常被稱為冷光源。由于其發(fā)光率高、高效節(jié)能、柔軟可彎曲可裁切等特點(diǎn)現(xiàn)廣泛用于廣告類背板，照明和警示服裝等，由于其可彎折，彎折后不會(huì)對發(fā)光產(chǎn)生影響，對人體無傷害[5]。對于智能紡織品和可穿戴產(chǎn)品的需求會(huì)越發(fā)多元化、精細(xì)化，可發(fā)光智能紡織品與發(fā)光材料的結(jié)合在可穿戴設(shè)備中顯示出良好的前景。

2.2 光致發(fā)光智能紡織品

光致發(fā)光紡織品因添加紡織的材料不同可分為熒光型和余輝光型[6]，由于在材料吸收了光能后能夠展現(xiàn)出發(fā)光效果，熒光材料在經(jīng)過光的照射下會(huì)立刻發(fā)射光子，分為紅外熒光和紫外熒光材料，紅外熒光是指在紅外線的照射下可以發(fā)光的材料，由于紅外發(fā)光是人眼無法看到的紅外輻射光，因此紅外熒光材料多用于防偽。紫外熒光材料是指在紫外線的作用下可以發(fā)出的光，但紅外光或紫外光消失后便會(huì)恢復(fù)到原來的顏色。可制成熒光面料起到視覺警示作用，常用于警示服飾[7]。而長余輝型以稀土鋁酸鹽為發(fā)光材料，在受到紫外線和太陽光的照射后，可以持續(xù)發(fā)光的材料。目前發(fā)光纖維有熔融紡絲法、高速氣流沖擊法、表面粘層法等方法。稀土發(fā)光材料因其無毒無害、發(fā)光性高，將發(fā)光材料與纖維面料相結(jié)合可以使其在紡織品領(lǐng)域應(yīng)用較多。稀土發(fā)光材料是一種環(huán)境友好、綠色環(huán)保可循環(huán)使用的材料，我國研發(fā)的發(fā)光纖維在吸收10 分鐘的可見光后，可以持續(xù)在黑暗中發(fā)光超過10 小時(shí)，常用家用紡織品、服裝面料設(shè)計(jì)等。發(fā)光纖維容易引起團(tuán)聚、穩(wěn)定性不高、發(fā)光亮度不大、余輝衰減快等問題，必須通過深入研究材料的表界面、提高不同材料之間的相容性進(jìn)行解決[8]。

2.3 光導(dǎo)纖維紡織品

光纖本身不發(fā)光，但具有良好的導(dǎo)光性能，通過LED 具有導(dǎo)光性的纖維PMMA 聚合物光纖，光導(dǎo)纖維簡稱光纖[10]，是一種透明光學(xué)材料制成的可傳導(dǎo)光功率的纖維，光纖維可以根據(jù)材料的不同區(qū)分為石英光纖、玻璃光纖、聚合物光纖等。目前市場上常用于紡織品的是PMMA 聚合物光纖，該物具有柔軟、輕便、直徑可選擇、導(dǎo)光不導(dǎo)電、可傳導(dǎo)光源等特點(diǎn)。

聚合物光纖按照發(fā)光方式可分為端面發(fā)光光纖和側(cè)面發(fā)光光纖，端面發(fā)光光纖通過光的全反射從光的一個(gè)端點(diǎn)傳導(dǎo)至另一個(gè)端點(diǎn)；該物具有柔軟、輕便、直徑可選擇、導(dǎo)光不導(dǎo)電、可傳導(dǎo)光源等特點(diǎn)與紡織品相連接。現(xiàn)在光纖面料因其具有可發(fā)光的效果已在市場上較為常見。

2.4 智能紡織品與傳統(tǒng)紡織品有何優(yōu)勢

2.4.1 多功能

智能紡織品在傳統(tǒng)的紡織品基礎(chǔ)上增加其他的額外功能，除了基礎(chǔ)的功能外，增加了對于安全性、心理、人性化、個(gè)性化的需求，以更加新穎的現(xiàn)代化表現(xiàn)，色彩的變化等，體現(xiàn)出現(xiàn)代新型智能紡織品與時(shí)代相接軌，不只是單一無差別的紡織品。

2.4.2 可發(fā)光

與LED 燈相連接的智能紡織品中，將光纖編入纖維布料中形成可發(fā)光的效果，并根據(jù)光源的色彩變化可以控制纖維布料光的顏色變化，并通過傳感器，與紡織品相連接，使纖維布料可形成可交互的裝置藝術(shù)作品。

2.4.3 可監(jiān)測心率

通過傳感器，將可穿戴的智能紡織品與可監(jiān)測心率的傳感器經(jīng)過編程相連接，表現(xiàn)出光效的變化，并上傳入可記錄的手機(jī)程序中，使得心率在任何時(shí)候的視覺可視化表現(xiàn)。

3 發(fā)光智能紡織品的應(yīng)用

3.1 光纖與紡織品的應(yīng)用

3.1.1 光纖紡織品面料

由于光纖維具有柔韌呈現(xiàn)纖維形式的特點(diǎn)，所以適合將其與紡織品相結(jié)合。作為瑞士智能紡織品面料、紡織藝術(shù)家，馬琳·波貝克（Malin Bobeck），她用顛覆傳統(tǒng)的方式將光纖維融入自己的紡織品及裝置藝術(shù)作品中，采用提花織機(jī)，并在互動(dòng)裝置過程中與觀者相互動(dòng)，數(shù)字時(shí)代不僅聚焦于虛擬與現(xiàn)實(shí)，屏幕儀器交互出來的醒目活躍色彩，色彩雖是一方面，但面料技術(shù)和創(chuàng)新也同樣是焦點(diǎn)，并成為一種需求推進(jìn)數(shù)字時(shí)代時(shí)裝的發(fā)展。讓觀者體驗(yàn)沉浸式的感受紡織品的魅力，使其并不只是一塊冰冷的面料而是充滿溫度的充滿人性化的智能紡織裝置藝術(shù)品。

3.1.2 光纖與纖維藝術(shù)

ATARA 設(shè)計(jì)成立于2015 年，由Heike Stuckstedde 創(chuàng)立。作為一名藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師、室內(nèi)設(shè)計(jì)師和藝術(shù)歷史學(xué)家，她在自己的項(xiàng)目中結(jié)合了藝術(shù)、建筑和設(shè)計(jì)[13]。在這里，重點(diǎn)是光藝術(shù)的主題。用微妙的手法創(chuàng)造光的詩歌是每個(gè)物體和裝置的挑戰(zhàn)。其中LIGHTTRACE 系列的白色玻璃纖維織物中的透明光學(xué)纖維巧妙地將光發(fā)射進(jìn)房間。精細(xì)的光學(xué)纖維被手工編織在織物中，從兩個(gè)不同的方向創(chuàng)造了相互作用，交叉的光線，光線發(fā)射的不均勻性創(chuàng)造了一種幾乎閃爍的效果，隨著觀看者立場的每一步而變化。這使得物體看起來非常具有動(dòng)感。

3.2 電致發(fā)光智能紡織品的應(yīng)用

美國的AFFOA 公司將面料是服務(wù)而不是商品的概念融入他們的理念中，他們想避免了服裝對于消費(fèi)者來說只是購買然后扔掉。前沿的纖維的制作研究到紡織品和產(chǎn)品的規(guī)模性開發(fā)，該團(tuán)隊(duì)專注于電子纖維織物。他們同麻省理工學(xué)校合作推出一款將發(fā)光二極管（LED）編織到柔軟可洗織物中，通過熱纖維拉伸工藝設(shè)計(jì)整合到針織物和最終的產(chǎn)品中。并不會(huì)影響材料的自然觸感將半導(dǎo)體器件整合到纖維中，這標(biāo)志結(jié)合半導(dǎo)體制程智能面料的長期目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。并且在軍事的軍裝方面和醫(yī)療領(lǐng)域的醫(yī)療監(jiān)測進(jìn)行了應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域他們計(jì)劃開發(fā)一系列軍事佩戴通訊設(shè)備，在戰(zhàn)斗的同時(shí)佩戴有無線電和天線的功能背心。

彭慧勝團(tuán)隊(duì)將智將電致發(fā)光原理、紡織結(jié)構(gòu)與電路設(shè)計(jì)巧妙融合，將導(dǎo)電纖維和發(fā)光纖維交織在一起形成的接觸點(diǎn)可以起到發(fā)光的效果，并通過編程方式去點(diǎn)亮每一個(gè)單元的發(fā)光點(diǎn)，以控制顯示出的信息和內(nèi)容[14]。他們最終制造出了一塊600 cm×25 cm（長×寬）的大面積顯示織物，包含大約50 萬個(gè)EL 單元。不僅發(fā)光性能良好，而且經(jīng)過1 000 次彎曲、拉伸和按壓循環(huán)測試后，絕大多數(shù)EL 單元的強(qiáng)度保持穩(wěn)定狀態(tài)。此項(xiàng)研究為可穿戴柔性智能顯示織物的應(yīng)用增加了可能性，同時(shí)在通訊領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域等進(jìn)行應(yīng)用。

4 結(jié)語

光帶給紡織品更深層次的研究方向，將其與時(shí)代發(fā)展相結(jié)合，融入科技的力量。同時(shí)也應(yīng)該在科技與藝術(shù)的同時(shí)，融入我們自己的歷史文脈和美學(xué)原則，思考在我們獨(dú)特文化語境中使用的技法和材料會(huì)有何突破，對于創(chuàng)新性發(fā)光智能紡織品的研究，同時(shí)也要注意綠色設(shè)計(jì)對環(huán)境影響，可持續(xù)發(fā)展的理念，并提升對于資源的利用率等。

在設(shè)計(jì)中滿足對人們的個(gè)性化需求，創(chuàng)作出更加人性化并具有人情味、關(guān)懷性的藝術(shù)作品。紡織品歷史悠久，加入燈光效果，在滿足照明的基礎(chǔ)上能給人以溫暖的關(guān)懷。在未來，結(jié)合現(xiàn)代的藝術(shù)美學(xué)形式，必將會(huì)創(chuàng)作出更加打動(dòng)人的更具有創(chuàng)造性的發(fā)光智能紡織作品。