【研究背景】
智能電子紡織品在運(yùn)動監(jiān)測、醫(yī)療健康等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但其實際應(yīng)用仍面臨多重技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)電子紡織品往往難以兼顧高靈敏度感知與穿戴舒適性——功能層堆疊的設(shè)計導(dǎo)致織物厚重不透氣，高強(qiáng)度運(yùn)動時汗液積聚不僅引發(fā)不適，還會干擾傳感器信號；長期暴露在陽光下，材料老化問題突出；復(fù)雜的制造工藝更制約了規(guī)?；a(chǎn)。這些痛點(diǎn)限制了智能電子紡織品在戶外運(yùn)動、長期健康監(jiān)測等場景的應(yīng)用效果。
【工作介紹】
鑒于此，江南大學(xué)孫豐鑫團(tuán)隊提出一種紗線編織一體成型的超構(gòu)織物，制備具有高性能傳感、輻射冷卻和跨梯度導(dǎo)濕多功能無縫集成的電子紡織品。受氣泡的高彈性啟發(fā)，該工作首先采用發(fā)泡技術(shù)制備高靈敏壓阻紗，并結(jié)合編織工藝形成雙模態(tài)傳感的紗線交織點(diǎn)陣，并通過編織工藝將傳感點(diǎn)陣無縫嵌入織物內(nèi)層，構(gòu)建出穩(wěn)定的交織感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，提升了傳感的穩(wěn)定性和魯棒性?？椢锉韺雍屠飳庸δ芗喚€配置有效增強(qiáng)了人體紅外輻射和戶外太陽光譜反射，實現(xiàn)高效的被動降溫效果。通過接結(jié)紗拓?fù)溥B接優(yōu)化汗液傳導(dǎo)路徑，促進(jìn)微量液體條件下的高效跨梯度汗液傳導(dǎo)，有效提升了織物在熱濕環(huán)境下的穿著舒適性。該研究可為基于結(jié)構(gòu)和幾何設(shè)計的熱濕管理電子紡織品設(shè)計提供新思路，有助于推進(jìn)可穿戴技術(shù)在戶外運(yùn)動、健康監(jiān)測等領(lǐng)域的推廣與實際應(yīng)用。相關(guān)成果以“Knot-Patterned Treble-Weaving Smart Electronic Textiles With Advanced Thermal and Moisture Regulation for Seamless Motion Monitoring”為題發(fā)表于《
Advanced Functional Materials》，江南大學(xué)碩士研究生趙潔云為論文第一作者。
【智能電子紡織品制備與傳感性能】
將氣泡壓阻紗線和交叉纏繞紗線正交相疊，構(gòu)建網(wǎng)格化傳感陣列。氣泡壓阻紗線以銀鍍尼龍為電極核心，表面涂覆含碳粉和銅納米顆粒的PDMS混合材料并通過高溫發(fā)泡形成氣泡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高靈敏度壓力檢測?？衫靷鞲屑喚€以彈性氨綸為芯紗，將鍍銀尼龍圍繞芯紗交叉纏繞形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)用于應(yīng)變檢測。這些功能紗線通過劍桿織機(jī)進(jìn)行織造，制備一體成型的智能電子紡織品，展現(xiàn)出高壓力靈敏度和應(yīng)變靈敏度以及優(yōu)良的耐久性。獨(dú)特的編織結(jié)構(gòu)確保了傳感單元在洗滌、摩擦和紫外線照射等嚴(yán)苛條件下的穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)了傳感信號采集與穿戴舒適性的平衡。
圖1. 智能熱濕管理電子紡織品分層結(jié)構(gòu)設(shè)計與工業(yè)化制造。
圖2. 雙模態(tài)傳感紗結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳感性能表征
圖3. 智能熱濕管理電子紡織品的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳感性能表征。
【智能電子紡織品熱濕管理性能】
織物結(jié)構(gòu)的表層采用PLA-ZnO紗線實現(xiàn)高太陽光反射率（90.0%）和中紅外發(fā)射率（90.5%），里層選用具有優(yōu)良中紅外透射率的PE紗線促進(jìn)人體熱量散發(fā)，并通過接結(jié)紗線構(gòu)建定向?qū)裢ǖ?。熱濕性能測試表明，該紡織品可在0.2秒內(nèi)將水分從疏水面快速輸送到親水面，水分蒸發(fā)速率顯著優(yōu)于商用棉織物，戶外測試中能使皮膚溫度比棉織物降低約5.9℃。
圖4. 基于接結(jié)拓?fù)涞臒釢窆芾黼娮蛹徔椘返膯蜗驅(qū)裥阅鼙碚?/p>
圖5. 智能熱濕管理電子紡織品的輻射制冷性能表征
圖6. 智能電子織物的戶外運(yùn)動穿戴實驗以及人體運(yùn)動監(jiān)測與行為分析
【總結(jié)】
該研究通過紡織品的多級結(jié)構(gòu)和拓?fù)錁?gòu)形設(shè)計，實現(xiàn)熱濕管理和感知功能的無縫集成，可為戶外運(yùn)動、健康監(jiān)測等場景提供更可靠的穿戴方案。有望拓展至醫(yī)療康復(fù)、虛擬現(xiàn)實交互等領(lǐng)域，可望助推智能紡織品的低成本與規(guī)?；瘧?yīng)用。
https://doi.org/10.1002/adfm.202501912
來源：高分子科學(xué)前沿
聲明：僅代表作者個人觀點(diǎn)，作者水平有限，如有不科學(xué)之處，請在下方留言指正！
熱門跟貼