具有柔性和轻量化的电致发光电子产品在智能纺织品领域引起了广泛的关注。然而，目前的电致发光器件主要依赖于石油基矩阵、复杂的高压电源和嵌入式传感器，这限制了它们对可持续、轻量化和视觉直观的可穿戴电子产品的适用性。

图 1. a) 丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF）的制备流程。b) SFELF 在制备过程中的形貌变化。c、d) SFELF 的电致发光机制。e) SFELF 中外电极与发光层接触处局部电场的形成及其促进发光的原理。

基于此，西安工程大学姚一军副教授、张鹏飞教授、张振方博士合作，采用共轭静电纺丝、涂层和包覆技术制备了一种柔性、高亮度、同轴结构的丝素基交流电致发光纤维（SFELF）。通过用丝素蛋白精确设计发光层基质并调整其富含β -薄片的二级结构，得到的SFELF具有出色的机械韧性（5.29 MJ m−3）和高亮度（高达366 cd m−2），优于基于聚二甲基硅氧烷和纤维素基质的同类材料。这种纤维在超过10,000次弯曲循环后保持稳定的亮度，表明其优越的机械耐久性和稳定性。即使在结构外电极被移除后，光纤仍保持其敏感的触摸激活发光性能，可以通过外部电场或热场进行调制，而无需外部电源。这种发光现象可以通过用手指或金属材料触摸来实现。在潜在智能纺织品应用方面，SFELF集成了摩擦电和液体传感功能，实现了实时视觉监控，并为人机交互提供了巨大的潜力。相关研究成果以“Flexible Silk-Fibroin-Based Electroluminescent Fiber with External-Field-Driven Touch Response and Triboelectric Sensing for Smart Wearables”为题目发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

图 2. a）镀银尼龙纱线、b）涂覆介电层的纤维、c）丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF）的外观及表面形貌。d–i）丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF）横截面的扫描电子显微镜（SEM）图像与能量色散谱（EDS）图像。

图 3. a）0、10、20、60、80 和 100 纳秒（ns）时的体系快照。b）丝素蛋白（SF）片段的均方根偏差（RMSD）。c）硫化锌铜（ZnS:Cu）与丝素蛋白（SF）之间的质心距离；d）硫化锌铜（ZnS:Cu）与丝素蛋白（SF）之间的结合能。e）硫化锌铜（ZnS:Cu）与丝素蛋白（SF）界面处的活性氨基酸残基。

图 4. a）丝素蛋白（SF）薄膜的透光率。b）脱胶丝素蛋白、丝素蛋白涂覆聚偏氟乙烯纤维（SFF）及丝素蛋白基电致发光纤维的傅里叶变换红外光谱。c）不同酸化程度下 SFELF 的傅里叶变换红外光谱。d）SFELF 与酸化丝素蛋白基电致发光纤维的二级结构占比（柠檬酸含量为 0 时即代表 SFELF，原文 “SFEFL” 应为 “SFELF” 的笔误）。e）聚偏氟乙烯（PVDF）、SFELF 及 Acid-SFELF 的 X 射线衍射光谱。f）SFF、SFELF 及 Acid-SFELF 的力学性能。g）SFELF 的发光循环稳定性。

图 5. a）丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF）的光致发光图像。b）SFELF 的光致发光光谱。c）SFELF 光致发光的 CIE 色坐标图。d）SFELF 发光亮度随电压的变化关系。e）SFELF 在不同电压下的光谱变化（频率：50 千赫兹（kHz））。f）SFELF 发光亮度随频率的变化关系（电场强度：3 伏/微米（V・μm-¹）；L0：50 kHz 时的发光亮度，L：不同频率下的发光亮度）。g）SFELF 在不同频率下的发光光谱（电场强度：3 V・μm-¹）。h）SFELF 发光颜色随频率变化的 CIE 色坐标图（电场强度：3 V・μm-¹）。i）SFELF 的光学展示图。j）SFELF 与其他交流致发光（ACEL）器件的发光亮度对比图。k）刺绣在织物上的 SFELF。

图 6. a）电场驱动下丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF）的触控发光机制。b）在电场环境中，SFELF 被触碰时呈现发光状态。c）在电场环境中，SFELF 未被触碰时发光消失。d）电场环境中 SFELF 的滑动发光现象。e）不同材料触碰 SFELF 时的发光外观。f）不同温度下 SFELF 的触控发光外观。g）热场驱动下 SFELF 的触控发光机制。

图 7. a）丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF）的摩擦电传感机制。b）SFELF 的最大开路电压。c）SFELF 的最大短路电流。d）SFELF 通过芯片连接可实现摩擦电信号的无线蓝牙传输。e）用于监测手腕运动信号的 SFELF。f）SFELF 用于黄疸治疗的示意图。g）SFELF 在医疗健康领域应用的示意图。h）将 SFELF 与无外电极的 SFELF 分别缝制在白色 T 恤上，形成 “笑脸”（由 SFELF 制成）和 “哭脸”（由无外电极的 SFELF 制成）图案。i）按压 “哭脸” 时的响应情况：I）“笑脸” 在不同频率下发光；II）“哭脸” 在不同频率下对液体产生响应并发光；III）产生摩擦电信号。

结论

本研究成功制备出一种具有同轴结构的丝素蛋白基电致发光纤维（SFELF），该纤维架构柔性且发光亮度高，由内电极、介电层、发光层和外电极构成。这种纤维不仅具备电激励发光特性，还拥有电场/热场 - 力耦合驱动的触控发光能力、同步摩擦电传感功能以及液体检测能力。

通过以丝素蛋白（SF）构建发光层基质，并调控其二级结构中的 β 折叠含量，这种交流致发光纤维（SFELF）展现出优异的韧性（5.29 MJ/m³）和高发光亮度（最高达 366 cd/m²），性能优于已报道的基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）、热塑性聚氨酯（TPU）或纤维素的同类器件。值得注意的是，该纤维经过 10000 次以上弯曲循环后，仍能保持稳定的亮度，体现出出色的稳定性。

有趣的是，即使移除外电极，SFELF 在热场调控下仍可实现灵敏的触控发光，有效摆脱了交流致发光（ACEL）纤维对电源的依赖。此外，SFELF 还具有摩擦电传感能力，通过芯片连接可实现摩擦电信号的无线蓝牙传输；同时，该纤维能够检测多种液体，包括水、盐水、模拟尿液和荧光溶液等。这些多功能传感特性使 SFELF 成为智能纺织品、人机交互以及多环境实时视觉监测领域的潜在优选材料。

https://doi.org/10.1002/adfm.202514650