浅析发光纺织纤维在可穿戴产品中的多元化运用

李文欣，喻玥

（湖北美术学院,湖北 武汉 430060）

1 发光纤维织物的发展进程

近来，服装的作用已经从单纯的身体防护、保暖、舒适时尚，发展到具有信息交流甚至增强现实等高级可穿戴功能。随着电子科学技术的进步，一些微电子设备已与纺织品集成应用于可穿戴产品，具有监护、通讯、治疗、辅助、娱乐等功能。对这一技术领域的不断探索，为可穿戴产品行业创造了一个新的市场，也创造了许多机会，吸引了数千家研究机构和企业开发新技术和产品，包括基于光纤技术的智能纺织品。

1960 年，在英国标准通信公司实验室工作的英籍华裔科学家高昆博士和霍克姆博士指出：只要去除玻璃中的杂质，使其对光的吸收减到最小，就可以利用光导纤维进行远距离光信息传输。今天，光纤技术不仅被开发用于光和信号传输，而 且还被广泛用于传感器中以获得良好的计量特性。随着时间的推移，光纤技术逐渐以可穿戴方式应用于纺织品，以实现各种功能，例如通信、显示、传感和监控。光纤的纤维外观比许多其他用于智能纺织品的设备更具优势。光纤与传统的纺织纤维非常相似，可以像用于织物制造的标准纺织纱线一样进行理想的加工，这是生成智能纺织材料的第一步。光纤，尤其是聚合物光纤 (POF)，具有柔韧、体积小、重量轻、耐用、经济高效且不受电磁干扰等优点。此外，光纤设备易于操作，连接简单，与人体具有良好的生物相容性。通过将光纤集成到合适的纺织结构中，可以在可穿戴设备的任何部分实现光传输或发射，即光纤技术的功能可以通过可穿戴形态到达人体的任何部分，这些特性使光纤成为嵌入纺织结构的理想复合材料。

2 发光纤维纺织品材料与构成

许多发光材料被用于探索将光嵌入可穿戴设备的方式原型。发光纤维是指受到光和放射线的照射时，能发出比照射光波长长的可见光的纤维。常见的发光纤维有：(1) 用低折射率玻璃制成中空纤维，内充高折射率的液态发光材料；(2)以发光玻璃作为芯料的纤维；(3)以发光塑料作为芯料的纤维。

发光纤维光源包括飞利浦LUXEON 由WS2812 LEDs、Sparkfun光纤Fabric，康宁纤维光扩散纤维组成，康宁纤维还配备了ThorLabs Blue 光纤耦合高功率LED 和ThorLabs T-Cube LEDDriver，这些光源是在峰值时指定的波长显示支持褪黑素抑制和缓解SAD 相关症状[1]。

除此之外，所有的光源都是有目的地扩散，从而起到保护作用。这些光源嵌入时尚服装，面向大众更易传播并满足美观需求。这样用户就可以根据具体情况进行酌情选择治疗方案。可穿戴光纤纺织品制造技术有机织、针织和非织造方法，可将光纤技术嵌入纺织面料中，使光纤技术可穿戴。因此，相关设备的舒适度、灵活性、可用性和准确性可以得到极大的提高。经纱和纬纱在基本编织结构中一根一根交织，在大多数情况下，光纤在未弯曲的情况下或以有限的弯曲角度编织成织物，以确保有效的传输和传感功能。光纤和标准纺织纱线通常是通过手工织机根据设计规则（例如平纹、斜纹和缎纹）交织而成的。此外，采用不同编织结构设计的光纤将具有不同的传感特性。据报道，缎纹编织结构中光纤的侧发光特性明显高于平纹和斜纹编织结构中的光纤。与此同时，光纤特性也会影响最终的智能纺织品性能，研究表明通过编织基材上嵌入刺绣织物的纺织技术，可为新生儿黄疸（高胆红素血症）皮肤提供可穿戴式光疗。

3 发光纤维织物在可穿戴产品中的多元化运用

3.1 发光纤维在可穿戴时尚产品中的运用

对于当下和未来时尚而言，融聚了历史、艺术、科技、商业、流行文化、生活方式等，是一个时代科技与艺术碰撞的重要体现[2]。通过应用光纤的横向发光原理，已经开发出许多具有吸引力和多变颜色的可穿戴产品。Koncar 通过应用纺织编织技术在二维表面上开发了一种柔性光纤显示技术。因此，可以在充当织物显示屏的编织结构中实现光纤的 XY 网络。显示矩阵的设计使得不同的光源通过嵌入在每个设计表面单元中的光纤连接。可穿戴发光电子纺织材料已被引入时尚产品，如:ICD+夹克、带有刺绣纺织键盘、Softswitch遥控器的灯开关和枕套、Numetrex 运动文胸(Texttronics)、智能纺织服装，如WarmX 背心、纺织头带和面部肌电和膝盖袖口弹性传感器。这种开发出来的织物展示不仅在时尚方面，而且在信息展示、交流和娱乐方面都具有巨大的潜力。此外，基于相同的工作原理，深圳时尚夜光服饰有限公司（中国）通过制造一系列发光纺织纤维服装（如夹克、连衣裙和内衣）和配饰，将这种光纤照明技术商业化。提花制造商Se-yang Textile（韩国）开发了一种可以显示具有可变运动和照明水平的变化图案。设计的发光光纤织物的颜色可以改变，因为微孔处发出的光的原始颜色可以与添加的照射引导光或反射环境光的颜色混合以呈现新的颜色。将光纤 LED 集成到衣服中有望最大限度地提高人机交流，设计师克拉拉·达金，通过使用刺绣和电子产品制作的交互式“经验”创造了手工与科技结合的方法，其Triptych项目，在安藤忠雄的冥想空间拍摄，运用运动传感器、led 灯、电路、刺绣等技术，当Infinity Bomber Jacket 感知到周围有运动现象时，它就会改变颜色形成互动。还有EL 发光光纤与反光纤维编织形成的电致发光警示服装也弥补了户外工作者的发光警示服光源弱的问题。与此同时，发光材料在舞台服装上的应用已经成为一种新的潮流，以2019 年陶蕾在无锡沾花湾实景演出的《秀·江南》为例，“行者”穿着发光服进行演绎，使用光纤布、冷光片、LED 灯，淡化灯点，让整体的服装古韵相融，展现出晕染空灵的神秘感。学科的跨界与协作不断改变着当代艺术的风貌，明确提示了未来服装行业从业人员跨界学习和实践的必要性，也鼓励着不同学科背景的学者对可穿戴艺术进行探索[3]。

3.2 发光纤维在医疗和保健产品中的运用

光和光学技术已经应用于疾病治疗的临床实践，这些方法对现代医学产生了深远的影响。光疗法通常采用各种波长的光来缓解疼痛，以及对肌腱损伤、代谢疾病和组织的修复。几种光纤设备已与织物材料集成并贴近人体皮肤，在光疗中具有出色的光学和热学特性。波长选择在光疗中非常重要，因为不同的波长对人体组织有不同的穿透深度，会产生不同的治疗效果。近红外光可以影响色素细胞并增强线粒体中的 ATP（三磷酸腺苷）合成，从而加速伤口愈合并刺激毛发生长。通过将 POF 编织到织物中以发射低水平红光和近红外光，用于促进人成纤维细胞中的胶原蛋白生成，基于此开发了一种基于纺织品的侧发光聚合物光纤装置产品。当与人体皮肤接触时，该设备可以持续提供稳定的光功率密度和工作温度达 10 小时，而不会产生任何潜在危害。此外，蓝光通常用于新生儿黄疸的光疗。昆特设计了一种应用 POF 的均质发光纺织品，用于长期新生儿黄疸治疗。已有编织生产尝试了各种织物结构中以不同方式排列POF，以开发出舒适透气的织物，这种织物取得了积极的治疗效果，因此可以用作可穿戴的光疗设备，在家庭治疗中为新生儿提供同步护理。此外，基于纺织品的光纤技术也可用于光动力疗法 (PDT)。科克伦通过使用 POF 和聚酯纱线设计了一种纺织光扩散器 (TLD)，可灵活、均匀地将光照射到人体皮肤上，以激活药物并在皮肤病学中发挥治疗作用。

4 未来发光纤维织物与可穿戴产品的融合趋势

功能多元化、物美价廉、环保绿色化且兼备时尚美学的可穿戴产品会随着科技的进步发展、多学科交叉合成普及应用于市场和大众。发光纤维材料作为可穿戴产品的一种功能性材料也逐渐演变成了智能纺织品的重要组成部分，柔韧性较强的发光二极管、塑胶光纤织物与LED 光源、EL 冷光线与冷光片等发光材料已运用于服饰、家具、医疗、舞美等领 域，由于是新兴产品，未来需要多加探索，获得更大的发展空间和可能性。