智能電子織物(E-textiles)作為可穿戴技術(shù)的重要分支，正在醫(yī)療監(jiān)測、運動健康和人機交互等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，電子織物的發(fā)展長期受限于傳感性能與穿戴舒適性的固有矛盾——既需維持高精度傳感，又要確保熱濕舒適度。這一傳感-舒適性權(quán)衡問題已成為智能織物實用化的關(guān)鍵瓶頸。
圖1. 智能熱濕管理電子織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計與功能。
近日，江南大學(xué)孫豐鑫研究團隊提出一種紗線一體成形的紡織超結(jié)構(gòu)織物，制備具有高性能傳感、輻射制冷和跨梯度導(dǎo)濕功能的電子紡織品。不同于傳統(tǒng)的層層組裝式結(jié)構(gòu)，該工作采用"全紗線基"的一體化編織工藝，將雙模態(tài)傳感紗編織于織物內(nèi)層，形成穩(wěn)定的交織感應(yīng)陣列以提高傳感魯棒性；同時表層和底層的功能紗配置有效提高太陽光譜反射和人體紅外輻射，并借助接結(jié)紗線拓撲構(gòu)形突破梯度導(dǎo)濕的局限，建立微液量下的跨梯度汗液傳導(dǎo)路徑，有效提高了人體熱濕舒適性。該工作可為基于結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的熱濕舒適型電子織物開發(fā)提供新策略，有助于推進高性能智能紡織品的低成本和規(guī)；a(chǎn)與應(yīng)用。相關(guān)研究以標題為“Knot-Patterned Treble-Weaving Smart Electronic Textiles With Advanced Thermal and Moisture Regulation for Seamless Motion Monitoring”在線發(fā)表于Advanced Functional Materials。江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生趙潔云為論文第一作者，其他共同作者包括江南大學(xué)博士研究生彭陽陽，英國考文垂大學(xué)胡鵬鵬助理教授，江南大學(xué)胡霄睿、蘇旭中教授。
圖2 戶外與室內(nèi)運動穿戴實驗及熱濕調(diào)控性能表征
圖3 基于智能電子織物的人體運動監(jiān)測與行為分析
智能調(diào)溫電子紡織品的主要創(chuàng)新在于其獨特的織物多尺度、多層級的結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先，研究團隊受氣泡壓力響應(yīng)啟發(fā)設(shè)計的"氣泡壓阻紗線"具有微氣泡表面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了8.425 kPa?1的高靈敏度（較傳統(tǒng)紗線提升12倍）；其次，"交叉纏繞應(yīng)變紗線"通過獨特的拓撲結(jié)構(gòu)確保了拉伸時導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻變化和優(yōu)異耐久性；此外，三重編織架構(gòu)實現(xiàn)了傳感、導(dǎo)熱和導(dǎo)濕功能層的無縫融合。實測結(jié)果表明，該織物不僅能精準識別多種運動模式（包括手臂擺動和0-90°的膝關(guān)節(jié)彎曲），還能通過頻域信號分析并區(qū)分行走與原地踏步等行為模式。此外，在40分鐘戶外跑步測試中，智能電子織物覆蓋區(qū)域具有高汗液蒸發(fā)率，溫度較未覆蓋區(qū)低5.9℃（p<0.01），同時傳感器信號保持穩(wěn)定（變異系數(shù)<3%），展現(xiàn)了優(yōu)異的熱濕管理能力和環(huán)境魯棒性。
因此，該研究提出"結(jié)構(gòu)主導(dǎo)功能"的智能紡織品設(shè)計方法，通過紗線拓撲結(jié)構(gòu)編排來實現(xiàn)多功能集成，為智能紡織品開發(fā)提供了新范式。而且全紗線基的一體化編織工藝大大簡化了生產(chǎn)流程，使高性能電子織物的規(guī)模化生產(chǎn)成為可能，有利于降低智能紡織品的制造成本，可望推進智能紡織品在醫(yī)療監(jiān)護服裝、職業(yè)防護裝備、運動競技服裝等領(lǐng)域的應(yīng)用。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202501912
- 綜述：智能調(diào)溫纖維的發(fā)展與應(yīng)用 2016-07-12
