淺析發(fā)光紡織纖維在可穿戴產(chǎn)品中的多元化運(yùn)用

李文欣，喻玥

（湖北美術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430060）

1 發(fā)光纖維織物的發(fā)展進(jìn)程

近來(lái)，服裝的作用已經(jīng)從單純的身體防護(hù)、保暖、舒適時(shí)尚，發(fā)展到具有信息交流甚至增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等高級(jí)可穿戴功能。隨著電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一些微電子設(shè)備已與紡織品集成應(yīng)用于可穿戴產(chǎn)品，具有監(jiān)護(hù)、通訊、治療、輔助、娛樂(lè)等功能。對(duì)這一技術(shù)領(lǐng)域的不斷探索，為可穿戴產(chǎn)品行業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)新的市場(chǎng)，也創(chuàng)造了許多機(jī)會(huì)，吸引了數(shù)千家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)開(kāi)發(fā)新技術(shù)和產(chǎn)品，包括基于光纖技術(shù)的智能紡織品。

1960 年，在英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)通信公司實(shí)驗(yàn)室工作的英籍華裔科學(xué)家高昆博士和霍克姆博士指出：只要去除玻璃中的雜質(zhì)，使其對(duì)光的吸收減到最小，就可以利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行遠(yuǎn)距離光信息傳輸。今天，光纖技術(shù)不僅被開(kāi)發(fā)用于光和信號(hào)傳輸，而 且還被廣泛用于傳感器中以獲得良好的計(jì)量特性。隨著時(shí)間的推移，光纖技術(shù)逐漸以可穿戴方式應(yīng)用于紡織品，以實(shí)現(xiàn)各種功能，例如通信、顯示、傳感和監(jiān)控。光纖的纖維外觀比許多其他用于智能紡織品的設(shè)備更具優(yōu)勢(shì)。光纖與傳統(tǒng)的紡織纖維非常相似，可以像用于織物制造的標(biāo)準(zhǔn)紡織紗線一樣進(jìn)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(jīng)濟(jì)高效且不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。此外，光纖設(shè)備易于操作，連接簡(jiǎn)單，與人體具有良好的生物相容性。通過(guò)將光纖集成到合適的紡織結(jié)構(gòu)中，可以在可穿戴設(shè)備的任何部分實(shí)現(xiàn)光傳輸或發(fā)射，即光纖技術(shù)的功能可以通過(guò)可穿戴形態(tài)到達(dá)人體的任何部分，這些特性使光纖成為嵌入紡織結(jié)構(gòu)的理想復(fù)合材料。

2 發(fā)光纖維紡織品材料與構(gòu)成

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

發(fā)光纖維光源包括飛利浦LUXEON 由WS2812 LEDs、Sparkfun光纖Fabric，康寧纖維光擴(kuò)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(shí)指定的波長(zhǎng)顯示支持褪黑素抑制和緩解SAD 相關(guān)癥狀[1]。

除此之外，所有的光源都是有目的地?cái)U(kuò)散，從而起到保護(hù)作用。這些光源嵌入時(shí)尚服裝，面向大眾更易傳播并滿(mǎn)足美觀需求。這樣用戶(hù)就可以根據(jù)具體情況進(jìn)行酌情選擇治療方案。可穿戴光纖紡織品制造技術(shù)有機(jī)織、針織和非織造方法，可將光纖技術(shù)嵌入紡織面料中，使光纖技術(shù)可穿戴。因此，相關(guān)設(shè)備的舒適度、靈活性、可用性和準(zhǔn)確性可以得到極大的提高。經(jīng)紗和緯紗在基本編織結(jié)構(gòu)中一根一根交織，在大多數(shù)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(biāo)準(zhǔn)紡織紗線通常是通過(guò)手工織機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則（例如平紋、斜紋和緞紋）交織而成的。此外，采用不同編織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的光纖將具有不同的傳感特性。據(jù)報(bào)道，緞紋編織結(jié)構(gòu)中光纖的側(cè)發(fā)光特性明顯高于平紋和斜紋編織結(jié)構(gòu)中的光纖。與此同時(shí)，光纖特性也會(huì)影響最終的智能紡織品性能，研究表明通過(guò)編織基材上嵌入刺繡織物的紡織技術(shù)，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(fā)光纖維織物在可穿戴產(chǎn)品中的多元化運(yùn)用

3.1 發(fā)光纖維在可穿戴時(shí)尚產(chǎn)品中的運(yùn)用

對(duì)于當(dāng)下和未來(lái)時(shí)尚而言，融聚了歷史、藝術(shù)、科技、商業(yè)、流行文化、生活方式等，是一個(gè)時(shí)代科技與藝術(shù)碰撞的重要體現(xiàn)[2]。通過(guò)應(yīng)用光纖的橫向發(fā)光原理，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多具有吸引力和多變顏色的可穿戴產(chǎn)品。Koncar 通過(guò)應(yīng)用紡織編織技術(shù)在二維表面上開(kāi)發(fā)了一種柔性光纖顯示技術(shù)。因此，可以在充當(dāng)織物顯示屏的編織結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)光纖的 XY 網(wǎng)絡(luò)。顯示矩陣的設(shè)計(jì)使得不同的光源通過(guò)嵌入在每個(gè)設(shè)計(jì)表面單元中的光纖連接?？纱┐靼l(fā)光電子紡織材料已被引入時(shí)尚產(chǎn)品，如:ICD+夾克、帶有刺繡紡織鍵盤(pán)、Softswitch遙控器的燈開(kāi)關(guān)和枕套、Numetrex 運(yùn)動(dòng)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(kāi)發(fā)出來(lái)的織物展示不僅在時(shí)尚方面，而且在信息展示、交流和娛樂(lè)方面都具有巨大的潛力。此外，基于相同的工作原理，深圳時(shí)尚夜光服飾有限公司（中國(guó)）通過(guò)制造一系列發(fā)光紡織纖維服裝（如夾克、連衣裙和內(nèi)衣）和配飾，將這種光纖照明技術(shù)商業(yè)化。提花制造商Se-yang Textile（韓國(guó)）開(kāi)發(fā)了一種可以顯示具有可變運(yùn)動(dòng)和照明水平的變化圖案。設(shè)計(jì)的發(fā)光光纖織物的顏色可以改變，因?yàn)槲⒖滋幇l(fā)出的光的原始顏色可以與添加的照射引導(dǎo)光或反射環(huán)境光的顏色混合以呈現(xiàn)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(jī)交流，設(shè)計(jì)師克拉拉·達(dá)金，通過(guò)使用刺繡和電子產(chǎn)品制作的交互式“經(jīng)驗(yàn)”創(chuàng)造了手工與科技結(jié)合的方法，其Triptych項(xiàng)目，在安藤忠雄的冥想空間拍攝，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)傳感器、led 燈、電路、刺繡等技術(shù)，當(dāng)Infinity Bomber Jacket 感知到周?chē)羞\(yùn)動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，它就會(huì)改變顏色形成互動(dòng)。還有EL 發(fā)光光纖與反光纖維編織形成的電致發(fā)光警示服裝也彌補(bǔ)了戶(hù)外工作者的發(fā)光警示服光源弱的問(wèn)題。與此同時(shí)，發(fā)光材料在舞臺(tái)服裝上的應(yīng)用已經(jīng)成為一種新的潮流，以2019 年陶蕾在無(wú)錫沾花灣實(shí)景演出的《秀·江南》為例，“行者”穿著發(fā)光服進(jìn)行演繹，使用光纖布、冷光片、LED 燈，淡化燈點(diǎn)，讓整體的服裝古韻相融，展現(xiàn)出暈染空靈的神秘感。學(xué)科的跨界與協(xié)作不斷改變著當(dāng)代藝術(shù)的風(fēng)貌，明確提示了未來(lái)服裝行業(yè)從業(yè)人員跨界學(xué)習(xí)和實(shí)踐的必要性，也鼓勵(lì)著不同學(xué)科背景的學(xué)者對(duì)可穿戴藝術(shù)進(jìn)行探索[3]。

3.2 發(fā)光纖維在醫(yī)療和保健產(chǎn)品中的運(yùn)用

光和光學(xué)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于疾病治療的臨床實(shí)踐，這些方法對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。光療法通常采用各種波長(zhǎng)的光來(lái)緩解疼痛，以及對(duì)肌腱損傷、代謝疾病和組織的修復(fù)。幾種光纖設(shè)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(xué)和熱學(xué)特性。波長(zhǎng)選擇在光療中非常重要，因?yàn)椴煌牟ㄩL(zhǎng)對(duì)人體組織有不同的穿透深度，會(huì)產(chǎn)生不同的治療效果。近紅外光可以影響色素細(xì)胞并增強(qiáng)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(fā)生長(zhǎng)。通過(guò)將 POF 編織到織物中以發(fā)射低水平紅光和近紅外光，用于促進(jìn)人成纖維細(xì)胞中的膠原蛋白生成，基于此開(kāi)發(fā)了一種基于紡織品的側(cè)發(fā)光聚合物光纖裝置產(chǎn)品。當(dāng)與人體皮膚接觸時(shí)，該設(shè)備可以持續(xù)提供穩(wěn)定的光功率密度和工作溫度達(dá) 10 小時(shí)，而不會(huì)產(chǎn)生任何潛在危害。此外，藍(lán)光通常用于新生兒黃疸的光療。昆特設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用 POF 的均質(zhì)發(fā)光紡織品，用于長(zhǎng)期新生兒黃疸治療。已有編織生產(chǎn)嘗試了各種織物結(jié)構(gòu)中以不同方式排列POF，以開(kāi)發(fā)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(shè)備，在家庭治療中為新生兒提供同步護(hù)理。此外，基于紡織品的光纖技術(shù)也可用于光動(dòng)力療法 (PDT)?？瓶藗愅ㄟ^(guò)使用 POF 和聚酯紗線設(shè)計(jì)了一種紡織光擴(kuò)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(xué)中發(fā)揮治療作用。

4 未來(lái)發(fā)光纖維織物與可穿戴產(chǎn)品的融合趨勢(shì)

功能多元化、物美價(jià)廉、環(huán)保綠色化且兼?zhèn)鋾r(shí)尚美學(xué)的可穿戴產(chǎn)品會(huì)隨著科技的進(jìn)步發(fā)展、多學(xué)科交叉合成普及應(yīng)用于市場(chǎng)和大眾。發(fā)光纖維材料作為可穿戴產(chǎn)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(qiáng)的發(fā)光二極管、塑膠光纖織物與LED 光源、EL 冷光線與冷光片等發(fā)光材料已運(yùn)用于服飾、家具、醫(yī)療、舞美等領(lǐng) 域，由于是新興產(chǎn)品，未來(lái)需要多加探索，獲得更大的發(fā)展空間和可能性。