彩色纖維作為織物和服裝的基本構成單元👰🏿‍♂️🍸，廣泛應用於日常生活中。工業上通過染整技術🐿，連續化製備上千米的彩色纖維🚵🏽‍♀️，從而實現彩色纖維的大規模商業應用🧑🏼‍🌾。近些年，隨著可穿戴電子產品的日益普及和智能服裝概念的興起，開發智能變色纖維，並將其應用在可穿戴顯示👨🏼‍🌾、視覺傳感和自適應偽裝等領域🌰🥯，受到越來越多的關註🙋🏻‍♀️。然而在現有的染整工藝中🔲，染色後的纖維顏色無法可控地改變👨🏿‍🍳，導致智能變色纖維的連續化製備難度極大🧘🏽🤵🏿‍♂️，也因此限製了彩色纖維的應用🈴。

電致變色具有可控性高、能耗低、材料種類和顏色變化豐富等優點☝🏽，因此為實現智能變色提供了一個很好的策略。但是，將電致變色纖維器件進一步推向產業應用仍面臨巨大的挑戰𓀒。首先，由於復雜的器件結構和不成熟的連續加工技術，電致變色纖維只能在實驗室手工製作，這導致纖維長度有限（約10cm），無法滿足工業需求🚸🟡。其次，隨著電致變色纖維長度的增加🧍🏻，電子轉移/離子擴散距離增加，變色時間增長，難於保證均勻的顏色變化🌎。第三，電致變色纖維中的電解質和其他活性層缺乏有效的保護，不利於長期的實際使用。因此開發普適的製備方法，構建基於不同電致變色材料的電致變色纖維，實現豐富的顏色變化，仍然是極具挑戰的工作。

鑒於此🟰，沐鸣2平台先進功能材料課題組王宏誌教授帶領團隊人員，利用平行雙對電極結構👰🏻‍♂️，通過定製設備🪽，首次實現了多色彩電致變色纖維的連續化製備🙇🏽‍♀️，纖維長度可達百米以上。並且纖維器件具有良好的電化學和環境穩定性（如機械穩定性、水洗穩定性💾🤵‍♂️、光照穩定性和熱穩定性）。該電致變色纖維可編織成大面積智能變色織物，或植入到織物中形成不同圖案👩🏻‍🚀，在可穿戴顯示和自適應偽裝等領域具有廣闊的應用前景🧝🏻。該項研究成果以題為“Continuously processed, long electrochromic fibers with multi-environmental stability”發表在ACSAppliedMaterials&Interfaces上⏩。

圖1基於平行雙對電極結構的多色彩電致變色纖維的連續化製備

通過設備定製👨‍🦰，將其組裝成電致變色纖維連續化生產線。采用Cu@Ni金屬纖維作為電極，依次在表面塗覆ITO層✊🏼🏝、電致變色活性層，最後通過擠出的方法，將兩根對電極平行包裹在電致變色活性層表面並形成聚合物保護層🥻，從而得到平行雙對電極結構的電致變色纖維。通過使用不同的紫羅精類電致變色材料，在不同電壓下，變色纖維可實現灰和藍🏟、灰和品紅以及黃和綠🚮、深紅之間的可逆顏色変化。並且由於金屬纖維電極良好的導電性和電致變色活性層形成的較短的離子擴散路徑，使電致變色纖維具有較快的變色速度。

圖2長程電致變色纖維變色均勻性

通過調節電致變色活性層製備參數（固化溫度🪅、傳輸速度等），使電致變色活性層均勻粘附在電極表面，活性層離子電導率可以達到3.07 × 10⁻³ S cm⁻¹🙎🏽🧙🏼‍♂️。此外，通過對比平行雙對電極結構和單對電極結構纖維的變色效果🦸🏼，以及對纖維器件進行電勢分布模擬，可以看出平行雙對電極結構具有更均勻的電勢分布，從而使電致變色纖維在長程範圍上仍具有較好的變色均勻性。

圖3電致變色纖維電化學穩定性

圖4電致變色纖維環境穩定性

金屬纖維表面塗覆的ITO層可有效減少電致變色活性層中離子與金屬電極之間的副反應，從而極大地提高了電致變色纖維的電化學穩定性🤾‍♀️。300次循環後🖖🏼，纖維變色效果幾乎不變🎤💹。電致變色纖維外層的聚合物保護層有效提高了纖維的環境穩定性。電致變色纖維在100次彎折、100次水洗、20 h光照和30 h加熱後仍具有較好的變色效果。

圖5 電致變色纖維多功能應用

由於電致變色纖維的可控性、變色均勻性和纖維長度的提高🥭，可使用針織機將電致變色纖維編織成大面積電致變色織物，在電壓為−1.5 V時，織物顏色變為藍色，在電壓為0 V時，織物顏色恢復為灰色。利用電致變色纖維織物的顏色變化對人物進行偽裝👨🏿‍🍳，展現了其根據周圍環境變化進行自適應偽裝的潛力🧦。除了用於自適應偽裝外🤏🏽，具有各種顏色變化的電致變色纖維還可以植入/編織到織物中🍻，用於可穿戴顯示。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c09589