La fibra, como material portátil con mayor aplicación en la historia de la humanidad, es actualmente un sustrato ideal para dispositivos portátiles debido a su excelente transpirabilidad, flexibilidad y capacidad de adaptarse perfectamente a la forma irregular 3D del cuerpo humano. Como medio de visualización en el campo de las fibras funcionales, la fibra emisora de luz rompe la rigidez de la interfaz de visualización tradicional y se espera que se convierta en una interfaz de interacción emergente.
Las fibras emisoras de luz comerciales actuales son fibras ópticas poliméricas y fibras difusoras de luz Corning Fibrance. Estas fibras utilizan ranuras artificiales o espacios de aire para alterar las condiciones de reflexión interna total, induciendo así activamente la fuga de luz. Sin embargo, la uniformidad del brillo en la transmisión y la dirección circunferencial no se puede garantizar debido a pérdidas de transmisión y defectos artificiales, lo que limita significativamente su aplicación como fuentes de luz lineal.
En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Guangming Tao de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, y el profesor Yan-Qing Lu de la Universidad de Nanjing, han logrado una fibra fotocromática altamente flexible y uniformemente luminiscente basada en un método de estirado térmico producible en masa.
El equipo utilizó materiales fluorescentes sobre fibra óptica polimérica para regular su espectro de radiación externa y lograr una luminiscencia uniforme mediante el efecto de saturación. También lograron un control de una amplia gama de colores en una sola fibra optimizando la estructura de la fibra para mezclar los colores primarios RGB.
El equipo de investigación integró las fibras fotocromáticas controlables en varias interfaces interactivas portátiles, que realizaron interacciones diversificadas como emociones y comunicación mediante el uso de ropa diaria y proporcionaron una nueva forma de realizar la interacción humano-computadora. Se espera que traiga nuevos cambios al estilo de vida humano en comunicación, navegación, atención médica, dispositivos portátiles e Internet de las cosas.
Beneficiándose de la designabilidad estructural y la regulación diversificada de las preformas compuestas, los autores utilizan material de polimetilmetacrilato como capa interior conductora de luz e integran material compuesto fluorescente con un índice de refracción más bajo en la capa exterior.
Esta estructura coaxial permite la reflexión interna total de la luz dentro de la fibra mientras utiliza el efecto de conversión de longitud de onda del material fluorescente para lograr una emisión de luz uniforme y completa.
Al mismo tiempo, siguiendo el principio de mezcla de colores RGB, se encapsulan múltiples capas centrales que guían la luz y materiales fluorescentes con diferentes colores dentro de una sola fibra para lograr la regulación de un sistema multicolor. Finalmente, los materiales PVDF física y químicamente estables se integran en el exterior de la fibra para lograr el sellado y protección de los materiales funcionales.
"La fibra fotocromática que diseñamos supera principalmente las fibras emisoras de luz existentes en tres aspectos de los defectos:1) lograr una emisión de luz uniforme y completa mediante la utilización del efecto de conversión de longitud de onda del material fluorescente. 2) Aprovechar las características de la guía de ondas múltiple capas centrales dentro de una fibra multinúcleo que se pueden controlar individualmente en segmentos y lograr una regulación de rango de gama de colores más amplia en una sola fibra modulando el brillo de la fuente de luz en las capas centrales acopladas. 3) Preparación de cien metros basada en el dibujo térmico industrial. proceso que supera las deficiencias de la preparación tradicional de fibras luminiscentes, como el tiempo de ciclo prolongado, la longitud efectiva corta y el alto costo de preparación".
"La alta eficiencia de producción de las fibras fotocromáticas facilita satisfacer la importante demanda de suministro industrial textil. Estas fibras se pueden incorporar fácilmente en diversas prendas de uso diario mediante técnicas de costura y tejido, lo que proporciona un enfoque novedoso para lograr interfaces interactivas portátiles flexibles".
"Intentamos integrarlo en múltiples escenarios de interacción portátiles para demostrar la viabilidad de las fibras fotocromáticas como herramienta tecnológica de comunicación auxiliar y también proporcionar una nueva forma de pensar para la integración multimodal de textiles inteligentes. Sin generar preocupaciones sobre la privacidad, este avance podría abrir nuevas áreas para las futuras ciudades inteligentes, hogares inteligentes, interfaces hombre-computadora y monitoreo de la salud", afirman los científicos.
Más información: Pan Li et al, Pantalla de fibra fotocromática multicolor interactiva y portátil, Luz:ciencia y aplicaciones (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01383-8
Información de la revista: Luz:ciencia y aplicaciones
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
