摘 要： 交流電致發(fā)光作為一種獨(dú)特的顯示技術(shù)，受到了人們的廣泛關(guān)注，但對(duì)交流電致發(fā)光纖維的關(guān)注較少，有必要對(duì)交流電致發(fā)光纖維在智能交互領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。首先，介紹了交流電致發(fā)光纖維的原理和特性，包括交流電致發(fā)光纖維的紡織加工性和光電特性；其次，重點(diǎn)討論了交流電致發(fā)光纖維的兩種基本結(jié)構(gòu)，即同軸結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)，并結(jié)合近幾年交流電致發(fā)光纖維的研究進(jìn)展，闡述了兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和不足；最后，對(duì)交流電致發(fā)光纖維的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞： 交流電致發(fā)光纖維；智能交互；紡織加工性；光電特性；研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)： TS941.61""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A""" 文章編號(hào)： 1009-265X（2025）01-0084-09

發(fā)光顯示是智能交互應(yīng)用中最主要形式之一，目前已廣泛應(yīng)用于信息顯示、視覺(jué)傳感和人機(jī)通信等方面^［1-4］。目前，電致發(fā)光體系已經(jīng)形成以有機(jī)發(fā)光^［5］、量子點(diǎn)發(fā)光^［6］、分子發(fā)光^［7］和交流電致發(fā)光^［8］（Alternating current electroluminescence，ACEL）等多個(gè)分支為核心的多項(xiàng)發(fā)展態(tài)勢(shì)。其中，ACEL借其優(yōu)秀的發(fā)光性能和簡(jiǎn)易的加工方法，成為電致發(fā)光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的ACEL器件一般以剛性材料為基體，因此所得到的產(chǎn)品通常是剛性和脆性的，這限制了它們?cè)诳纱┐鹘】当O(jiān)測(cè)^［9］、軟體機(jī)器人^［10-11］等柔性領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，將多維多尺度紡織品或一維線性纖維與電致發(fā)光功能結(jié)合，這種融合創(chuàng)新可賦予ACEL器件卓越的加工靈活性以及良好的體驗(yàn)感等優(yōu)勢(shì)，使得ACEL器件成為當(dāng)前科學(xué)研究的焦點(diǎn)。

基于紡織基ACEL基體差異，ACEL器件可分為ACEL織物和ACEL纖維。其中，ACEL織物包含紡織基體、電致發(fā)光層（通常是磷光體）、電極層和介電層等多個(gè)組成部分，其粗糙的接觸面會(huì)影響楊氏模量和機(jī)械性能，進(jìn)而影響織物的柔性和透氣性，使發(fā)光層更容易地從紡織品上剝落，而且當(dāng)設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重變形時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響其發(fā)光性^［12］。與ACEL織物相比，ACEL纖維以導(dǎo)電纖維為基底，介電層和磷光體層依次包覆在纖維表面，最外層為透明電極。ACEL纖維加工靈活，可一步集成為發(fā)光紡織器件，且具有輕質(zhì)、透氣等優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用范圍廣，在智能可穿戴領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力^［13］。

因此， ACEL纖維是智能可穿戴發(fā)光顯示領(lǐng)域的重要補(bǔ)充，對(duì)未來(lái)發(fā)光顯示智能交互應(yīng)用具有重大的意義。本文綜述ACEL纖維的發(fā)光原理和特性，介紹不同基體的ACEL纖維的結(jié)構(gòu)和性能，描述各種基體的ACEL纖維的制備方法，并詳細(xì)地比較其優(yōu)勢(shì)和不足，以期推動(dòng)ACEL纖維的發(fā)展。

1 ACEL纖維的原理和特性

1.1 ACEL纖維的原理

發(fā)光是指由于能量轉(zhuǎn)換而從材料中發(fā)射光子的一種現(xiàn)象。它可以被各種形式的能量激發(fā)，包括光致發(fā)光（由特定波長(zhǎng)的光激發(fā)）、放射性發(fā)光（由輻射激發(fā)）、機(jī)械發(fā)光（由機(jī)械刺激激發(fā)）和電致發(fā)光（由電場(chǎng)直接激發(fā)）^［14-15］。其中，電致發(fā)光是指一種電致發(fā)光材料受到刺激后直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的物理現(xiàn)象，基于該原理開(kāi)發(fā)的電致發(fā)光器件具有高能效、靈活配置和耐用性高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)Tiwari^［16］的研究，電致發(fā)光是基于夾層交流電驅(qū)動(dòng)發(fā)光器件中的熱電子碰撞激發(fā)產(chǎn)生光的一種發(fā)光現(xiàn)象，如圖1（a）所示，電致發(fā)光包括4個(gè)連續(xù)過(guò)程：1）在交流電場(chǎng)下，界面處的電子注入到發(fā)光層中；2）在電場(chǎng)作用下，注入的電子加速成為過(guò)熱電子；3）當(dāng)過(guò)熱電子遇到發(fā)光中心（雜質(zhì)離子）時(shí)，發(fā)生碰撞激發(fā)或碰撞電離；4）發(fā)光中心激發(fā)能級(jí)的光學(xué)躍遷。最后，電子將被捕獲在另一絕緣層和磷光體層之間的界面態(tài)中，從而產(chǎn)生光。

交流電致發(fā)光的激發(fā)條件主要為交流電場(chǎng)作用，因而其電壓、頻率會(huì)顯著影響ACEL纖維激發(fā)的發(fā)光中心數(shù)量，進(jìn)而影響ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度。例如Li等^［17］和Shi等^［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度與外加電壓有密切的關(guān)系，如圖1（b）所示。當(dāng)外加電壓增加時(shí)，ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度也隨之增加，而當(dāng)發(fā)光強(qiáng)度到達(dá)一個(gè)極大值時(shí)，再繼續(xù)增加外加電壓，ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度開(kāi)始下降。當(dāng)剛施加電壓時(shí)，ACEL纖維中的過(guò)熱電子的能量較低，能夠激發(fā)發(fā)光中心的過(guò)熱電子數(shù)目很少。隨著外加電壓的增加，過(guò)熱電子數(shù)量增加，更多的過(guò)熱電子能量達(dá)到或超過(guò)發(fā)光中心的離化能量，使發(fā)光中心離化，從而導(dǎo)致光強(qiáng)增加。當(dāng)外加電壓繼續(xù)增加時(shí)，由于已經(jīng)處于激發(fā)態(tài)的發(fā)光中心近于飽和，即使產(chǎn)生更多的過(guò)熱電子也無(wú)法使更多的發(fā)光中心被激發(fā)，因此發(fā)光強(qiáng)度隨外加電壓增加而下降。ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度與頻率也有密切的關(guān)系^［17-18］，如圖1（c）所示，可以觀察到，在較低的頻率范圍之內(nèi)，發(fā)光強(qiáng)度與頻率呈線性關(guān)系，當(dāng)頻率超過(guò)一定范圍之后，發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)飽和趨勢(shì)。這種飽和現(xiàn)象與發(fā)光材料有關(guān)，且外加電壓越高，飽和頻率也越高。在高激發(fā)頻率下發(fā)光中心被過(guò)熱電子碰撞離化，在高場(chǎng)區(qū)的發(fā)光中心被離化，電子被掃向低場(chǎng)區(qū)。當(dāng)外加電壓改變方向時(shí)，電子返回原來(lái)的高場(chǎng)區(qū)與離化的發(fā)光中心重新結(jié)合發(fā)光。隨著頻率繼續(xù)增加，電子無(wú)法及時(shí)返回高場(chǎng)區(qū)，導(dǎo)致出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。當(dāng)外加電壓增加時(shí)，電子返回速度增大，因而出現(xiàn)的飽和頻率也增加了。目前，常見(jiàn)的電致發(fā)光材料為ZnS：Cu粉末，含有藍(lán)色發(fā)光中心（峰值約為445 nm）和綠色發(fā)光中心（峰值約為523 nm），隨著頻率的增加，發(fā)光顏色由綠變藍(lán)。當(dāng)激發(fā)頻率較低時(shí)，更多的藍(lán)中心空穴被離化，因而更有利于綠色中心的發(fā)光。而隨著頻率的增加，這一過(guò)程被削弱，導(dǎo)致發(fā)光顏色向藍(lán)色方向移動(dòng)。

1.2 ACEL纖維的功能特性

1.2.1 紡織加工性

ACEL纖維保留了纖維原有的柔性和彈性，使其可以通過(guò)編織，針織等方式融合到紡織品中。由ACEL纖維構(gòu)成的電致發(fā)光的紡織品具有粗糙多孔的結(jié)構(gòu)，改變了紡織織物傳統(tǒng)的概念，而且為發(fā)光顯示的發(fā)展開(kāi)辟了新方向，給紡織品帶來(lái)時(shí)尚、視覺(jué)等方面的創(chuàng)新^［19-20］。此外，通過(guò)旋涂法^［21-22］，3D打印^［23-24］和靜電紡絲^［25］等方法制備的ACEL纖維成本較低，極大地?cái)U(kuò)展了ACEL纖維的應(yīng)用。

Li等^［17］采用同軸濕法紡絲工藝制備了單電極電致發(fā)光纖維，可以通過(guò)刺繡、鑲嵌、針織和編織等方式與衣物集成。此外，針對(duì)這種ACEL纖維對(duì)液體具有可視化響應(yīng)，提出了一種液體響應(yīng)結(jié)構(gòu)，展示了具有高度集成和個(gè)性化圖案的導(dǎo)電液體橋接EL織物：雨水感應(yīng)傘、發(fā)光運(yùn)動(dòng)服和液體響應(yīng)手套，為刺激交互式可穿戴顯示技術(shù)開(kāi)辟了新領(lǐng)域。以ACEL纖維為單元制備的像素點(diǎn)發(fā)光織物具有較好的柔性、優(yōu)異的可穿戴性能而且應(yīng)用靈活，將經(jīng)典的ACEL纖維的單根電極分化出來(lái)作為電極纖維， 形成電極纖維及包含功能層的單纖維發(fā)光電極，隨后將兩個(gè)垂直分布的單纖維電極相互交叉，在兩電極接觸處發(fā)光形成如圖2（a）所示的像素點(diǎn)發(fā)光陣列^［14］。Martin等^［26］報(bào)道了一種基于纖維狀的像素化ACEL織物，電極纖維和電致發(fā)光纖維重疊區(qū)域組成如圖2（b）所示的ACEL織物的像素單元。此外，Martin等^［26］將ACEL發(fā)光原理和電路設(shè)計(jì)巧妙融合，在連接藍(lán)牙開(kāi)關(guān)后，通過(guò)用手指觸摸手機(jī)可使ACEL顯示系統(tǒng)展示不同的像素組合，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)應(yīng)用端對(duì)發(fā)光織物的像素化圖案的任意控制，為可穿戴柔性智能顯示紡織品開(kāi)辟了新方向。 最近，Shi等^［18］在實(shí)現(xiàn)可編程驅(qū)動(dòng)像素點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究報(bào)告了一個(gè)6 m×25 m的大面積顯示紡織品（見(jiàn)圖2（c）），通過(guò)將導(dǎo)電纖維和電致發(fā)光纖維編織在一起（見(jiàn)圖2（d）），在紡織品內(nèi)形成EL單元，并且每個(gè)電致發(fā)光單元都可以由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行獨(dú)立控制?；谶@一系統(tǒng)，用戶(hù)可以通過(guò)智能手機(jī)獲取實(shí)時(shí)位置信息并將其顯示在紡織系統(tǒng)上，展示了像素化顯示系統(tǒng)未來(lái)在發(fā)光交互領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.2.2 光電特性

ACEL纖維的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由發(fā)光層、纖維電極和介電層組成，其中，發(fā)光層為主要功能層，影響ACEL纖維的發(fā)光性能。ACEL纖維的發(fā)光材料通常情況由兩部分組成，分別為基質(zhì)（作為主體）與摻雜物質(zhì)，二者發(fā)揮不同的作用。主體基質(zhì)主要發(fā)揮兩種作用，吸收外界能量與禁錮發(fā)光中心；摻雜物質(zhì)主要作為發(fā)光中心使用。發(fā)光材料發(fā)光的物理過(guò)程如圖3（a）所示^［27-28］，其中六邊形 M 代表基質(zhì)，S和A分別代表敏化劑和激活劑。當(dāng)外部有能量作用于發(fā)光材料時(shí)，M 吸收外部能量，并傳遞給發(fā)光中心，使其獲得能量躍遷至激發(fā)態(tài)，在回到穩(wěn)定狀態(tài)的基態(tài)時(shí)，能量以熱能（非輻射弛豫）和光輻射（輻射弛豫）的形式釋放出來(lái)。電致發(fā)光材料同大多數(shù)發(fā)光材料一樣，也具有某種特定的發(fā)光中心，主要包括復(fù)合發(fā)光中心和分離發(fā)光中心。絕大數(shù)情況下電致發(fā)光材料含有少量的雜質(zhì)，其含量相對(duì)于基質(zhì)材料通常較少，通過(guò)改變雜質(zhì)及其含量可以改變發(fā)光材料的顏色、亮度、壽命等發(fā)光性能，ZnS就屬于該類(lèi)型的發(fā)光材料。ZnS作為寬禁帶II-VI族化合物（禁帶寬度為3.66 eV），是迄今為止粉末電致發(fā)光的最佳基質(zhì)之一，ZnS摻雜金屬元素Cu，Al或Mn形成ZnS：Cu（綠色）；ZnS：Mn（橙色）；Cu：Al（白色）熒光粉，在光電材料及交流電致發(fā)光等領(lǐng)域具有很高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力^［29-31］。ZnS：Cu是一種常見(jiàn)的電致發(fā)光材料，含有藍(lán)色和綠色兩種發(fā)光中心，隨著頻率增加，發(fā)光顏色由綠變藍(lán)（見(jiàn)圖3（b））。

此外，ACEL纖維的發(fā)光性能還受到電極材料的影響，電極材料的選擇不僅決定了電流在纖維中的傳導(dǎo)效率，還影響了纖維與外部環(huán)境之間的交互作用^［32-34］。首先，電極材料的導(dǎo)電性能直接影響了纖維的發(fā)光效率。高導(dǎo)電性的電極材料能夠更有效地將電能轉(zhuǎn)化為光能，使得纖維在較低的電壓下就能產(chǎn)生明亮的光。其次，電極材料的穩(wěn)定性對(duì)于纖維的發(fā)光性能也有重要影響。在長(zhǎng)時(shí)間使用或外部環(huán)境變化時(shí)，電極材料可能會(huì)出現(xiàn)氧化、腐蝕或變形等問(wèn)題，從而導(dǎo)致纖維的發(fā)光性能下降^［35-36］。ACEL纖維的發(fā)光性能除了受材料、結(jié)構(gòu)等自身?xiàng)l件影響外，在很大程度上還受到交流驅(qū)動(dòng)電源的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)交流驅(qū)動(dòng)的電壓和頻率，可以在不同程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)ACEL纖維的發(fā)光亮度和發(fā)光顏色的改變^［37-38］。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)交流驅(qū)動(dòng)電壓增加時(shí)，ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度也隨之增加；當(dāng)交流驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)大時(shí)，ACEL纖維的發(fā)光強(qiáng)度降低。

2 ACEL的結(jié)構(gòu)

隨著電子顯示技術(shù)的發(fā)展和導(dǎo)電纖維的發(fā)展，通過(guò)針織或機(jī)織等技術(shù)可以將ACEL纖維輕松地集成到紡織品中。這種由ACEL纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能更好的應(yīng)對(duì)各種形變，如拉伸、壓縮、彎曲、扭曲、折疊和打結(jié)等，為ACEL纖維的應(yīng)用提供了更多的可能^［14］。目前，ACEL纖維主要由發(fā)光層、纖維電極和介電層組成，其中發(fā)光層是ACEL纖維的核心組成部分；纖維電極起導(dǎo)電作用；介電層可以阻礙電荷傳導(dǎo)并且保護(hù)ACEL纖維、延長(zhǎng)使用壽命，有效防止電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高從而擊穿ACEL纖維^［39］。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體的制備方法和應(yīng)用需求，ACEL纖維的結(jié)構(gòu)會(huì)在以上基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)生變化，如無(wú)介電層式，這為ACEL纖維提供了多樣性選擇。根據(jù)電極之間不同的相互作用模式，ACEL纖維可分為如圖4所示的同軸結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)兩種^［40］。

2.1 同軸結(jié)構(gòu)

同軸結(jié)構(gòu)的ACEL纖維以單根纖維電極作為基體，可以通過(guò)浸涂、同軸紡絲或濕法紡絲的方法在纖維表面依次沉積絕緣介電層和發(fā)光層，最后在其表面沉積第二個(gè)電極從而得到電致發(fā)光纖維^［41］。同軸結(jié)構(gòu)這種層層組裝的工藝不僅工藝簡(jiǎn)便，而且能夠?qū)崿F(xiàn)ACEL纖維的連續(xù)化生產(chǎn)。而且這種以纖維電極為核心，功能層為外殼的核殼結(jié)構(gòu)，使得纖維整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，提高了ACEL纖維的穩(wěn)定性和耐用性，同時(shí)這種核殼結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)多功能的集成，如生物傳感等，為ACEL纖維的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。由于電極和發(fā)光層在同一軸線上，電場(chǎng)在纖維中的分布較為均勻，使得ACEL纖維的發(fā)光效果更加高效均勻^［42］。Dias等^［43］通過(guò)研究EL紗線結(jié)構(gòu)和EL涂層，以鍍銀導(dǎo)電紗線為基電極，依次沉積介電層，EL磷光體油墨和絕緣柔性封裝層，同時(shí)為了保護(hù)圖層受潮和磨損，還包覆了一層不導(dǎo)電柔性封裝層，最后選用包芯紗或細(xì)銅線螺旋纏繞在涂覆的內(nèi)部紗線上得到如圖5（a）所示的ACEL纖維。通過(guò)增加外捻紗的捻數(shù)，ACEL纖維的發(fā)光性能具有明顯提高而且這種螺旋纏繞的結(jié)構(gòu)很容易集成到織物中。Hu等^［44］探索了一種彈性透明的PDMS纖維作為ACEL纖維的可拉伸基底。如圖5（b）所示，Hu等以PDMS制成的彈性芯纖維作為柔性ACEL纖維的可拉伸基體，對(duì)沿軸旋轉(zhuǎn)的PDMS加熱噴涂AgNWs分散液獲得導(dǎo)電性、柔性和機(jī)械穩(wěn)定性好的內(nèi)外電極，在兩個(gè)AgNWS電極之間浸涂ZnS：Cu/PDMS復(fù)合材料組成發(fā)光層制備出ACEL纖維，其最大亮度可達(dá)307 cd/m2。該ACEL纖維在20%應(yīng)變下具有良好的發(fā)光均勻性（見(jiàn)圖5（c）），而且在50%應(yīng)變下保持超過(guò)6000次拉伸釋放循環(huán)后仍然具有良好的發(fā)光穩(wěn)定性，為下一代可拉伸顯示器、電子紡織品、先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)成像和照明以及健康檢測(cè)設(shè)備提供了新的可能性。Liang等^［45］提出了一種簡(jiǎn)單的全溶液浸涂工藝制備ACEL纖維：將預(yù)清潔的PET纖維依次浸涂AgNWs溶液、硅膠溶液、ZnS發(fā)光溶液、AgNWs溶液，最后在有機(jī)硅溶液中多次浸涂形成最外層封裝層。這種簡(jiǎn)單的浸涂工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)ACEL纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，而且其亮度在195 V、2 kHz下可達(dá)202 cd/m²，并且表現(xiàn)出優(yōu) 異的柔韌性和機(jī)械穩(wěn)定性，能夠在500次彎曲-恢復(fù)循環(huán)后保持約91%的亮度（見(jiàn)圖5（d）），在環(huán)境中連續(xù)工作（6 h）后亮度僅衰減13%。此外，有機(jī)硅封裝使ACEL纖維具有生物相容性、防電擊和防水性，并且遇到人體汗液時(shí)仍能保持發(fā)光，為未來(lái)ACEL纖維在可穿戴領(lǐng)域提供了新方向。除了以纖維為基體，其他基材在電致發(fā)光纖維中也具有較好的應(yīng)用空間。Yang等^［46］將水凝膠、疏水彈性體和電致發(fā)光技術(shù)融合創(chuàng)新，以含有氯化鋰的聚丙烯酰胺（PAAm）水凝膠作為離子導(dǎo)體，疏水彈性體作為介電層，在水凝膠表面層層浸涂制備出如圖5（e）所示的同軸可拉伸ACEL纖維。 其中，溶解的氯化鋰和彈性體層有助于長(zhǎng)期保持水凝膠的電學(xué)性能。這種ACEL纖維在拉伸到其原始長(zhǎng)度的1.5倍后，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后保持完整并持續(xù)發(fā)光，充分展示出其優(yōu)異的可拉伸性和耐久性。此外，通過(guò)這種多步浸涂方法制造水凝膠電致發(fā)光器件不僅工藝簡(jiǎn)便，而且實(shí)現(xiàn)了ACEL纖維的連續(xù)化生產(chǎn)，為ACEL纖維的設(shè)計(jì)提供了新的可能。

2.2 并行結(jié)構(gòu)

并行結(jié)構(gòu)的ACEL纖維先以單根纖維為基體，通過(guò)浸涂等方法在纖維電極表面涂覆絕緣層和發(fā)光層，最后將兩根纖維電極并聯(lián)組裝而成。相較于同軸結(jié)構(gòu)的ACEL纖維，并行結(jié)構(gòu)對(duì)纖維電極的選擇更為靈活。此外，并行結(jié)構(gòu)的還可以選用其他材料的電極，與其他材料復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多功能的集成，這在很大程度上擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域，如電致發(fā)光皮膚，智能顯示等。然而，由于并行結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中需要并行處理，使得整個(gè)制造過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。此外，兩根纖維電極之間的接觸面積較小，不僅可能降低其電荷轉(zhuǎn)移速率，還可能導(dǎo)致電場(chǎng)在纖維中分布不均勻，從而對(duì)纖維的發(fā)光性能產(chǎn)生影響^［47-48］。

為了解決這一問(wèn)題，Li等^［17］選用導(dǎo)電銀紗為基體，以ZnS熒光粉/水性聚氨酯（ZnS/PU）為發(fā)光層制備了單電極電致發(fā)光纖維（SELF），并且將SELF通過(guò)加捻形成一種扭轉(zhuǎn)并行結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6（a）），SELF表面散布有ZnS顆粒和縱向溝槽使纖維表面直接摩擦并且增加了纖維表面的結(jié)合力，不僅提高了扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且增加了纖維之間的接觸面積，使ACEL纖維在6 kHz、4 V/μm下的亮度可達(dá)80 cd/m2（見(jiàn)圖6（b））。趙世康^［49］選用鍍銀尼龍導(dǎo)電纖維作為基體，通過(guò)浸涂的方法將發(fā)光材料包覆在導(dǎo)電纖維表面，然后用絕緣材料進(jìn)行包覆制備了平行電極式ACEL纖維。這種方法制備的平行電極式交流ACEL纖維具有多顏色調(diào)控能力，隨著頻率的增加，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光顏色由黃綠色到藍(lán)色的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，該ACEL纖維保留了纖維的柔性， 在彎曲、扭轉(zhuǎn)、打結(jié)等情況下的.亮度保持率仍維持在105%±15%， 經(jīng)過(guò)編織所制備的柔性ACEL織物能夠在各種機(jī)械外力作用下長(zhǎng)時(shí)間發(fā)光，并保持穩(wěn)定的發(fā)光光亮度，可用于水上救援與警示服裝，在視覺(jué)交互和

環(huán)境警示方面具有一定的應(yīng)用前景。近年來(lái)，水凝膠離子電子學(xué)正在迅速發(fā)展，將水凝膠作為ACEL 纖維的內(nèi)部導(dǎo)電電極表現(xiàn)出比其他傳統(tǒng)可拉伸電極更高的柔性和可拉伸性，而且水凝膠的透明性較好（在400～850 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有92%的透光率）^［50-53］。Zhang等^［54］水凝膠作為內(nèi)部導(dǎo)電電極，ZnS粉末和硅膠彈性體作為ACEL纖維的電致 發(fā)光層和介電層，通過(guò)3個(gè)定制的注射泵同時(shí)擠出制備超可拉伸電致發(fā)光纖維（SEFs），其制備過(guò)程與結(jié)構(gòu)如圖6（c）—（d）所示。經(jīng)測(cè)試，SEFs的最大亮度可達(dá)242.6 cd/m2，同時(shí)SEFs可被拉伸800%，纖維亮度在300%應(yīng)變下可完全恢復(fù)并且在100次循環(huán)后纖維的亮度保持不變。相較于其他并行結(jié)構(gòu)的ACEL纖維， SEFs一步擠壓成型，可以實(shí)現(xiàn)纖維的連續(xù)化生產(chǎn)，避免了復(fù)雜工藝，而且設(shè)計(jì)的兩個(gè)橢圓形的水凝膠電極增加了它們之間的接觸面積，提高了電荷轉(zhuǎn)移速率，從而達(dá)到更 高的發(fā)光強(qiáng)度。此外，研究人員將SEFs編織成ACEL 織物，動(dòng)態(tài)地顯示一系列期望的圖案，使其可用于生物啟發(fā)的電子設(shè)備、軟機(jī)器人和電致發(fā)光皮膚等應(yīng)用，為可穿戴ACEL器件與人體的集成開(kāi)辟了新的方向。

3 結(jié)論與展望

隨著柔性可穿戴電子產(chǎn)品的興起，交流電致發(fā)光器件蓬勃發(fā)展。將纖維作為ACEL器件的基材成為研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)，在可穿戴健康監(jiān)測(cè)、柔性傳感等領(lǐng)域顯示出十分廣闊的發(fā)展前景。ACEL纖維在良好的紡織加工性和穩(wěn)定的發(fā)光性能及機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，能創(chuàng)造出更加適合穿著的發(fā)光紡織品，為其智能交互應(yīng)用創(chuàng)造了較好的條件，未來(lái)將是電致發(fā)光領(lǐng)域的重要研究方向。

然而，ACEL纖維仍面臨著許多挑戰(zhàn)：a）ACEL纖維仍需較高的交流驅(qū)動(dòng)電壓（＞110 V），易引發(fā)可穿戴應(yīng)用安全問(wèn)題；b）ACEL像素化顯示仍然局限于單色顯示器，且無(wú)法顯示復(fù)雜圖形；c）當(dāng)前 ACEL， 像素化設(shè)備的通用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍難以滿(mǎn)足獨(dú)立控制像素點(diǎn)要求。盡管如此，ACEL纖維憑借其獨(dú)特的靈活性和發(fā)光機(jī)制帶來(lái)了新的機(jī)遇，ACEL纖維的一些新技術(shù)正在出現(xiàn)：a）ACEL纖維可以通過(guò)交流輸出驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)自供電，如摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）；b）新開(kāi)發(fā)的具有不同介電特性的雙 層發(fā)射層的顏色可調(diào)節(jié)的柔性電致發(fā)光器件不僅能顯示豐富多彩的顏色，還能通過(guò)顏色的變化來(lái)傳遞信息；c）新材料（如MXene、離子凝膠等）和新型制造工藝（如靜電紡絲法）使ACEL纖維的性能不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

［1］ PARK C I， SEONG M， KIM M A， et al. World '" s first large size 77-inch transparent flexible OLED display［J］. Journal of the Society for Information Display， 2018， 26（5）： 287-295.

［2］ LEE S M， KWON J H， KWON S， et al. A review of flexible OLEDs toward highly durable unusual displays［J］. IEEE Transactions on Electron Devices， 2017， 64（5）： 1922-1931.

［3］ CHO S H， LEE S W， HWANG I， et al. Shape-deformable self-healing electroluminescence displays［J］. Advanced Optical Materials， 2019， 7（3）： 1801283.

［4］ 楚雪梅， 趙惠， 張秀芹， 等. 電致發(fā)光紡織品的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2022， 42（3）： 108-116.

CHU Xuemei， ZHAO Hui， ZHANG Xiuqin， et al." Research progress of preparation of electroluminescent textiles" and their applications ［J］. Journal of Beijing Institute of Fashion Technology （Natural Science Edition）， 2022， 42（3）： 108-116.

［5］ SUGIMOTO A， OCHI H， FUJIMURA S， et al. Flexible OLED displays using plastic substrates［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics， 2004， 10（1）： 107-114.

［6］ ZHANG D， HUANG T， DUAN L. Emerging self-emissive technologies for flexible displays［J］. Advanced Materials， 2020， 32（15）： 1902391.

［7］ BAO X， GUAN Y， LI W， et al. Effects of unipolar and bipolar charges on the evolution of triplet excitons in π-conjugated PLED［J］. Journal of Applied Physics， 2023， 134（19）： 193902.

［8］ YAKOH A， LVAREZ-DIDUK R， CHAILAPAKUL O， et al. Screen-printed electroluminescent lamp modified with graphene oxide as a sensing device［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces， 2018， 10（24）： 20775-20782.

［9］ ZHAO Y， WANG B， HOJAIJI H， et al. A wearable freestanding electrochemical sensing system［J］. Science Advances， 2020， 6（12）： 0007.

［10］ SHEPHERD R F， STOKES A A， NUNES R M D， et al. Soft machines that are resistant to puncture and that self seal［J］. Advanced Materials （Deerfield Beach， Fla）， 2013， 25（46）： 6709-6713.

［11］ TERRYN S， BRANCART J， LEFEBER D， et al. Self-healing soft pneumatic robots ［J］. Science Robotics， 2017， 2（9）： 4268.

［12］ 尚超， 楊斌. 光纖發(fā)光針織物的側(cè)發(fā)光性能研究［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2014， 22（3）： 9-13.

SHANG Chao， YANG Bin. Research on side-glowing performance of luminous knitted fabrics with optical fiber［J］. Advanced Textile Technology， 2014， 22（3）： 9-13.

［13］ 張亞南，許冰潔，李夢(mèng)瑋，等.負(fù)載聚集誘導(dǎo)發(fā)光光敏劑納米纖維膜的制備及其抗菌性能［J/OL］.現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2024：1-12［2024-06-21］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/33.1249.TS.20240412.1343.002.html.

ZHANG Yanan， XU Bingjie， LI Mengwei， et al. Prepara-tion and antibacterial properties of loaded aggregation-induced emission photosensitizers nanofiber mats［J/OL］.Advanced Textile Technology， 2024：1-12［2024-06-21］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/33.1249.TS.20240412.1343.002.html.

［14］ QU C， XU Y， XIAO Y， et al. Multifunctional displays and sensing platforms for the future： A review on flexible alternating current electroluminescence devices［J］. ACS Applied Electronic Materials， 2021， 3（12）： 5188-5210.

［15］ WANG L， XIAO L， GU H， et al. Advances in alternating current electroluminescent devices［J］. Advanced Optical Materials， 2019， 7（7）： 1801154.

［16］ TIWARI S， TIWARI S， CHANDRA B P. Characteristics of a.c. electroluminescence in thin film ZnS： Mn display devices［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics， 2004， 15（9）： 569-574.

［17］ LI G， SUN F， ZHAO S， et al. Autonomous electrolu-minescent textile for visual interaction and environmental warning［J］. Nano Letters， 2023， 23（18）： 8436-8444.

［18］ SHI X， ZUO Y， ZHAI P， et al. Large-area display textiles integrated with functional systems［J］. Nature， 2021， 591（7849）： 240-245.

［19］ WU Y， MECHAEL S S， LERMA C， et al. Stretchable ultrasheer fabrics as semitransparent electrodes for wearable light-emitting e-textiles with changeable display patterns［J］. Matter， 2020， 2（4）： 882-895.

［20］ JI D， LIANG W， TENG F， et al. Design and integration" of electronic display textiles ［J］. Science China Materials，" 2023， 66（10）： 3782-3794.

［21］ ZUO Y， SHI X， ZHOU X， et al. Flexible color-tunable electroluminescent devices by designing dielectric-distin-guishing doublestacked emissive layers［J］. Advanced Functional Materials， 2020， 30（50）： 2005200.

［22］ YE T， XIU F， CHENG S， et al. Recyclable and flexible dual-mode electronics with light and heat management［J］. ACS Nano， 2020， 14（6）： 6707-6714.

［23］ LIN Y， YUAN W， DING C， et al. Facile and efficient patterning method for silver nanowires and its application" to stretchable electroluminescent displays［J］. ACS Applied" Materials amp; Interfaces， 2020， 12（21）： 24074-24085.

［24］ BRUBAKER C D， NEWCOME K N， JENNINGS G K， et al. 3D-Printed alternating current electroluminescent devices［J］. Journal of Materials Chemistry C， 2019， 7（19）： 5573-5578.

［25］ JAYATHILAKA W A D M， CHINNAPPAN A， JI D， et al. Facile and scalable electrospun nanofiber-based alternative current electroluminescence （ACEL） device［J］. ACS Applied Electronic Materials， 2021， 3（1）： 267-276.

［26］ MARTIN A， FONTECCHIO A. Effect of fabric integration on the physical and optical performance of electrolumines-cent fibers for lighted textile applications［J］. Fibers， 2018， 6（3）： 50.

［27］ 盧顯麗. 稀土銪發(fā)光材料的制備及其性能調(diào)控［D］. 鄭州： 鄭州大學(xué)， 2018.

LU Xianli. Preparation and Performance Control of Rare Earth Europium Luminescent Materials［D］. Zhengzhou： Zhengzhou University， 2018.

［28］ 梁小琴， 梁梨花， 朱盡順， 等. ACQ、AIE聚合物納米粒子發(fā)光性能及其在噴墨印花中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2024， 32（4）： 84-92.

LIANG Xiaoqin， LIANG Lihua， ZHU Jinshun， et al. The luminescent properties of ACQ and AIE polymeric nanoparticles and their applications in inkjet printing［J］. Advanced Textile Technology， 2024， 32（4）： 84-92.

［29］ JEONG S M， SONG S， LEE S K， et al. Mechanically driven light-generator with high durability［J］. Applied Physics Letters， 2013， 102（5）： 051110.

［30］ 王現(xiàn)川. 柔性/可拉伸ZnS：Cu電致發(fā)光器件的制備與應(yīng)用研究［D］. 鄭州： 鄭州大學(xué)， 2019.

WANG Xianchuan. Research on Preparation and Application of Flexible/Stretchable ZnS：Cu Electroluminescent Device［D］. Zhengzhou： Zhengzhou University， 2019.

［31］ 劉藝彬， 孫志成， 張文官， 等. 柔性無(wú)機(jī)交流電致發(fā)光器件的制備及性能研究［J］. 數(shù)字印刷， 2022（5）： 105-111.

LIU Yibin， SUN Zhicheng， ZHANG Wenguan， et al. Preparation and performance research of inorganic alterna-ting current electroluminescence［J］. Digital Printing， 2022（5）： 105-111.

［32］ 齊雯.電致發(fā)光復(fù)合材料的制備及其光電特性研究［D］. 北京： 華北電力大學(xué)， 2023.

QI Wen. Preparation and Photoelectric Characteristic Research of Electroluminescent Composites［D］. Beijing： North China Electric Power University， 2023.

［33］ 尹云雷， 郭成， 楊紅英， 等. 電子織物在智能可穿戴領(lǐng)域的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2023， 31（1）： 1-12.

YIN Yunlei， GUO Cheng， YANG Hongying， et al. Research progress of electronic fabrics in the intelligent wearable field［J］.Advanced Textile Technology， 2023， 31（1）： 1-12.

［34］ 李港華， 呂治家， 韋繼超， 等. 基于ZnS材料的紡織基交流電致發(fā)光器件研究現(xiàn)狀及展望［J］.絲綢， 2023， 60（1）： 29-39.

LI Ganghua， L Zhijia， WEI Jichao， et al. Research status and prospect of textile-based flexible AC electrolu-minescent devices based on ZnS materials［J］.Journal of Silk， 2023， 60（1）： 29-39.

［35］ 馬飛祥. 基于織物的全印刷大面積交流電致發(fā)光器件的研究［D］. 金華： 浙江師范大學(xué)， 2020.

MA Feixiang. Fully-printed， Large-size Alternating Current Electroluminescent Device Based on Fabric［D］. Jinhua： Zhejiang Normal University， 2020.

［36］ 常瑜. 面向可穿戴電子的自愈合柔性交流電致發(fā)光器件研究［D］. 鄭州： 鄭州大學(xué)， 2022.

CHANG Yu. Study on Self-healing Flexible Alternating Current Electroluminescent Devices for Wearable Electronics ［D］. Zhengzhou： Zhengzhou University， 2022.

［37］ 李港華. 柔性電致發(fā)光紗線構(gòu)筑及其環(huán)境刺激光響應(yīng)性能研究［D］. 青島： 青島大學(xué)， 2023.

LI Ganghua. Construction of Flexible Electroluminescent Yarn and Its Performance of Light Responding to Environ-mental Stimuli［D］. Qingdao： Qingdao University， 2023.

［38］ 郭雪峰. 發(fā)光纖維用納米鋁酸鹽發(fā)光材料的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2020， 28（1）： 21-26.

GUO Xuefeng. Research progress of nanoscale aluminate luminescent materials for luminous fiber［J］. Advanced Textile Technology， 2020， 28（1）： 21-26.

［39］ AKCELRUD L. Electroluminescent polymers［J］. Progress in Polymer Science， 2003， 28（6）： 875-962.

［40］ PENG H， LI H， TAO G， et al. Smart textile optoelectronics for human-interfaced logic systems［J］. Advanced Functional Materials， 2024， 34（2）： 2308136.

［41］ CHEN D， JIANG K， HUANG T， et al. Recent advances in fiber supercapacitors： Materials， device configurations，" and applications［J］. Advanced Materials （Deerfield Beach，" Fla）， 2020， 32（5）： 1901806.

［42］ XU X， XIE S， ZHANG Y， et al. The Rise of Fiber Electronics［J］. Angew Chem Int Ed Engl， 2019， 58（39）： 13643-13653.

［43］ DIAS T， MONARAGALA R. Development and analysis of novel electroluminescent yarns and fabrics for localized automotive interior illumination ［J］. Textile Research Journal， 2012， 82（11）： 1164-1176.

［44］ HU D， XU X， MIAO J， et al. A stretchable alternating current electroluminescent fiber［J］. Materials （Basel， Switzerland）， 2018， 11（2）： 184.

［45］ LIANG G， YI M， HU H， et al. Coaxial-structured weavable and wearable electroluminescent fibers［J］. Advanced Electronic Materials， 2017， 3（12）： 1700401.

［46］ YANG C， CHENG S， YAO X， et al. Ionotronic luminescent fibers， fabrics， and other configurations［J］. Advanced Materials， 2020， 32（47）： 2005545.

［47］ ZHANG X， LIN H， SHANG H， et al. Recent advances in functional fiber electronics［J］. SusMat， 2021， 1（1）： 105-126.

［48］ ZHOU Y， WANG C H， LU W， et al. Recent advances in fiber-shaped supercapacitors and lithium-ion batteries［J］. Advanced Materials， 2020， 32（5）： 1902779.

［49］ 趙世康， 王航， 田明偉. 平行電極式電致發(fā)光紗線的構(gòu)筑成型及其水上救援可穿戴應(yīng)用［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2024， 32（4）： 45-51.

ZHAO Shikang， WANG Hang， TIAN Mingwei. Construction molding of a parallel electrode electrolu-minescent yarn and its application in water rescue wearables［J］. Advanced Textile Technology， 2024， 32（4）： 45-51.

［50］ XU Y， ZHANG Y， GUO Z， et al. Flexible， stretchable， and rechargeable fiber-shaped zinc-air battery based on cross-stacked carbon nanotube sheets［J］. Angewandte Chemie， 2015， 54（51）： 15390-15394.

［51］ YANG C C， LIN S J. Improvement of high-rate capability of alkaline Zn-MnO2 battery［J］. Journal of Power Sources， 2002， 112（1）： 174-183.

［52］ LEWANDOWSKI A. Novel poly（vinyl alcohol）-KOH-H2O alkaline polymer electrolyte［J］. Solid State Ionics， 2000， 133（3/4）： 265-271.

［53］ KEPLINGER C， SUN J Y， FOO C C， et al. Stretchable， transparent， ionic conductors［J］. Science， 2013， 341（6149）： 984-987.

［54］ ZHANG Z， CUI L， SHI X， et al. Textile display for electronic and brain-interfaced communications［J］. Advanced Materials， 2018， 30（18）： 1800323.

Research progress on alternating current electroluminescent fibers and their intelligent interactive applications

LIU" Shukun，" WANG" Hang，" TIAN" Mingwei

（a.College of Textile amp; Clothing; b.Qingdao Intelligent Textile Engineering Research Centerfor Health and Protection， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract：

Alternating current electroluminescence （ACEL） has attracted widespread attention as a unique display technology. Traditional ACEL devices generally use rigid materials as the substrate， so the resulting products are usually rigid and brittle， greatly limiting their application and development in the flexible field. In contrast， flexible ACEL devices have extremely high deformation ability and can still function stably in stretching， bending， folding， and twisting states， demonstrating enormous application potential in the field of intelligent interaction. Therefore， combining multi-dimensional and multi-scale textiles or one-dimensional linear fibers with ACEL functions can give ACEL devices advantages such as flexible processing and good user experience， making it a hotpoint of current scientific research. At present， knitting or weaving ACEL fibers into luminescent textile devices can not only meet the needs of intelligent wearability， but also give textiles additional functions. Meanwhile， due to the continuous advancement of component materials （phosphors， dielectrics， and conductive substrates） and the integration with other technologies， the luminescent performance of flexible ACEL fibers has been significantly improved and other unique characteristics have been obtained， making ACEL devices suitable for multifunctional display interaction and intelligent sensing interaction.

Although some previous articles have been reported on flexible ACEL devices， most of them have not focused on the field of flexible ACEL fibers. At the same time， the research progress on textile-based ACEL devices in the field of intelligent interaction is not complete and in-depth enough. Therefore， in order to optimize the performance of flexible ACEL fibers and expand their practical application scenarios， strengthen the research depth and breadth of textile-based flexible ACEL devices in the field of intelligent interaction， and promote the technological progress and application progress in the field of flexible ACEL， this article provides a comprehensive and systematic summary. First of all， this article introduces the principles of flexible ACEL fibers and explains the impact of alternating current '" s voltage and frequency on the luminous intensity and color of ACEL fibers from a microscopic perspective. Based on the principles of flexible ACEL fibers， this article elaborates on their characteristics in detail， including textile processability and photoelectric properties. Secondly， this article focuses on discussing the two structures of flexible ACEL fibers and comparing their advantages and disadvantages. Combining with the research progress of flexible ACEL fibers in recent years， the article elaborates the processing methods of different structures of flexible ACEL fibers， and compares the performance of the prepared flexible ACEL fibers.

Finally， this article makes a summary and provides a detailed analysis of the challenges and opportunities faced by flexible ACEL fibers. It also provides prospects for the future development direction of flexible ACEL fibers.

Keywords：

alternating current electroluminescent fiber; intelligent interaction; textile processing properties; photoelectric properties; research progress

基金項(xiàng)目：" 泰山學(xué)者工程專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（tsqn202211116）；山東省青創(chuàng)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2023KJ223）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（22208178）；山東省科 技型中小企業(yè)創(chuàng)新能力提升工程項(xiàng)目（2023TSGC0344，2023TSGC1006）；青島市關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化示范類(lèi)項(xiàng)目（23-1-7-zdfn- 2-hz）；青島市市南區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2022-3-005-DZ）；宿遷市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（H202310）

作者簡(jiǎn)介： 劉樹(shù)坤（2000—），男，山東濰坊人，碩士研究生，主要從事電致發(fā)光纖維方面的研究

通信作者： 王航，wanghang@qdu.edu.cn