2024年9月25日，東華大學王宏志教授和侯成義研究員團隊在Matter期刊發表了題為“Body-coupled luminescent fibers enable wireless visual sensing of contacting media”的最新論文。該團隊提出基于“人體耦合”能量交互機制的可視化無線傳感纖維（WISE-fiber），利用纖維表面微環境的電學參數變化，在單根纖維上實現了多位點的環境刺激發光現象，并展示了這種WISE-fiber在觸覺、濕度和溶劑傳感等方面的應用。論文通訊作者是王宏志教授和侯成義研究員，第一作者是楊偉峰博士。
將纖維電子器件無縫地集成到日常紡織品中，在可穿戴監測和人機交互等領域具有重要應用價值。目前，大多數纖維傳感器的研發重點在于提升電學接口的精度與靈敏度，但這些模擬信號往往難以直接轉化為肉眼可識別的信息。光學信號，作為電學信號的有力補充，能夠提供實時且直觀的視覺反饋。若能將基于發光的可視化傳感功能整合至纖維電子器件中，有望拓寬智能紡織品的應用領域。
在前期的研究中，東華大學先進功能材料課題組提出了一種基于“人體耦合”的無線能量交互機制，在單根纖維上產生了無線能源驅動的發光/發電現象（Yang et al., Science 384,74-81 (2024)）。該機制利用人體將環境電磁能量耦合到電子纖維中，無需芯片和電池的輔助即可實現多種智能交互功能，大大簡化了可穿戴電子系統的架構。但是在該機制下，如何利用纖維與接觸媒介之間的相互作用實現可視化傳感仍需要系統研究。
近期，該團隊進一步提出基于“人體耦合”能量交互機制的可視化無線傳感纖維（WISE-fiber），利用纖維表面微環境的電學參數變化，在單根纖維上實現了多位點的環境刺激發光現象，并展示了這種WISE-fiber在觸覺、濕度和溶劑傳感等方面的應用。
作者系統研究了纖維界面阻抗對人體耦合環境電磁能量的影響，探索了纖維表面微環境電學參數（介電常數和電導率）與發光亮度的對應關系，從而實現了基于人體耦合的環境參數的可視化傳感。通過引入濕氣，作者直觀展示了WISE-fiber亮度隨濕度變化的過程。此外，作者還利用WISE-fiber作為可視化探針，無需額外電子元件即可實現對不同溶劑極性的無線可視化檢測。
?圖1：(A) 環境電磁能、WISE-fiber和人體相互作用示意圖。(B) WISE-fiber的橫截面結構及其在紡織品上的多節點傳感。(C) 電磁場下WISE-fiber內電場分布的模擬。(D) WISE-fiber中ZnS：Cu2?電致發光 (EL) 材料的機理圖。(E) 環境電磁能、纖維、傳感界面、人體的等效電路圖。(F) 放置在手上的WISE-fiber可實現多節點視覺觸摸感應。
?圖2：(A、B) WISE-fiber的可視化濕度傳感機理圖和演示照片。(C) WISE-fiber作為發光探針用于溶劑極性的可視化檢測。(D) 不同極性溶劑環境中WISE-fiber周圍的電場分布。(E) 不同溶劑的極性（偶極矩）及其激發的纖維發光強度。(F) 不同極性溶劑在環境電磁場下表現出不同的極化程度。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.08.021
