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  智能織物是一個(gè)新興的前沿科技，它的出現(xiàn)代表著電子技術(shù)、制造技術(shù)、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的紡織技術(shù)結(jié)合得更加緊密。與傳統(tǒng)的智能手表和手環(huán)等可穿戴設(shè)備不同，智能織物更輕量、更柔性、更適合人體、更多用途。智能織物，既可以由各種各樣的導(dǎo)電材料制成，例如導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電紗線(xiàn)、導(dǎo)電涂層、導(dǎo)電刺繡圖案和導(dǎo)電疊片，也可以帶有各種電子元器件，例如：傳感器、集成電路、LED、OLED、電池等。目前，可穿戴電子設(shè)備基本上是通過(guò)將電子器件膠合到織物上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這意味著這些電子器件與皮膚的相容性有限，穿戴起來(lái)也會(huì)不舒適。如何將電子器件通過(guò)簡(jiǎn)單的制造方法直接融入到織物中需要進(jìn)一步研究。此外，器件的穩(wěn)定性，柔韌性以及可水洗性仍是目前亟需解決的一大難題。

  針對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題，東華大學(xué)胡吉永教授團(tuán)隊(duì)提出了一種UV納米銀導(dǎo)電油墨，并通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式在普通錦綸織物基底上直接印刷導(dǎo)電電路和可穿戴UHF REID標(biāo)簽。這種導(dǎo)電油墨沉積到織物上之后通過(guò)紫外固化，其中的溶劑很容易被去除，從而生成一張由多個(gè)片狀納米銀組成的薄而均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

圖1. 在織物上絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電電路及RFID標(biāo)簽的示意圖

  絲網(wǎng)印刷線(xiàn)寬是決定導(dǎo)線(xiàn)印刷分辨率及其在柔性電子設(shè)備中應(yīng)用的基本要素之一。因此，在織物基材上絲網(wǎng)印刷不同寬度的導(dǎo)電線(xiàn)，長(zhǎng)度為50 mm，寬度分別為5,4,3,2,1,0.5,0.4,0.3和0.2 mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在織物上印刷的導(dǎo)電線(xiàn)的邊緣光滑且清晰，并且片狀納米銀分布均勻。固化后，納米銀的含量為78.57 %，電導(dǎo)率高達(dá)6.02 × 10⁶ S m^-1。

圖2. (a) 在錦綸織物上絲網(wǎng)印刷不同寬度的導(dǎo)電線(xiàn)的光學(xué)圖；(b) 固化后導(dǎo)電線(xiàn)光滑且均勻邊緣的SEM圖；(c) 印刷導(dǎo)電線(xiàn)截面SEM圖；(d)固化后絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電線(xiàn)的元素映射圖；(b)織物上印刷導(dǎo)電線(xiàn)的EDS光譜

  對(duì)具有不同寬度的絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電線(xiàn)進(jìn)行了彎曲測(cè)試，以進(jìn)一步探究導(dǎo)電線(xiàn)的柔韌性。結(jié)果表明隨著彎曲周期的增加，具有不同寬度的印刷線(xiàn)的電阻均有一定程度地增加，其中0.2 mm寬的印刷線(xiàn)具有最大的電阻變化，彎曲500次后電阻是原始電阻的2倍。寬度為0.2 mm的導(dǎo)電線(xiàn)的厚度最薄，根據(jù)層壓板中性面理論厚度較薄的導(dǎo)電線(xiàn)在彎曲過(guò)程中更容易受到破壞，導(dǎo)致較大的電阻變化。

圖3. (a) 在彎曲半徑為5 mm的500次彎曲循環(huán)期間，印刷導(dǎo)電線(xiàn)的相對(duì)電阻變化；(b)在500次彎曲循環(huán)后具有不同寬度的印刷線(xiàn)的相對(duì)電阻

  為了證明UV導(dǎo)電油墨在印刷電子紡織品中的應(yīng)用前景，用絲網(wǎng)印刷的方式制備了UHF RFID標(biāo)簽天線(xiàn)，并且通過(guò)機(jī)洗來(lái)評(píng)估其可洗性。絲網(wǎng)印刷標(biāo)簽的平均讀取距離約為8.32 m，比紡織產(chǎn)品物流和倉(cāng)庫(kù)管理所需的距離長(zhǎng)得多。而且，經(jīng)過(guò)5次機(jī)洗循環(huán)后，標(biāo)簽的平均讀取距離從8.32 m降低到3.12 m，但讀取距離仍然超過(guò)3.0 m，滿(mǎn)足紡織品倉(cāng)儲(chǔ)和物流管理所需的讀取距離。

圖4. (a) 封裝芯片的絲網(wǎng)印刷UHF RFID標(biāo)簽天線(xiàn)；(b) 5次洗滌循環(huán)期間UHF RFID標(biāo)簽的平均讀取距離。

  以上相關(guān)成果近期發(fā)表在A(yíng)CS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces, published online, DOI: 10.1021/acsami.9b06432, 2019)上。論文的第一作者為東華大學(xué)紡織學(xué)院的博士生洪虹，通訊作者為胡吉永教授，共同作者為晏雄教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b06432