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  織物基可穿戴設(shè)備因其舒適性、透氣性、生物兼容性以及耐久性被廣泛運(yùn)用于電子皮膚、健康管理、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和個(gè)人熱管理等方面。目前主要有兩種將可穿戴設(shè)備整合到織物中的方式：1）纖維狀器件通過(guò)編織嵌入織物基底2）織物基底上修飾導(dǎo)電功能材料。簡(jiǎn)化可穿戴設(shè)備與織物的整合過(guò)程或生產(chǎn)多功能一體式傳感服飾技術(shù)越來(lái)越成熟，其中傳感和熱管理因其應(yīng)用范圍廣而備受關(guān)注，但要以節(jié)能的方法將二者集成到可穿戴織物中仍然是一重大挑戰(zhàn)。

  電子科技大學(xué)于賀副教授和華中科技大學(xué)陶光明教授等在Journal of Materials Chemistry C期刊上發(fā)表一項(xiàng)合作研究“Multifunctional wearable E-textile via integrated nanowire-coated fabrics”，利用導(dǎo)電的銀納米線（AgNWs）網(wǎng)絡(luò)節(jié)能有效地將傳感和加熱特性集成到了電子織物中，使其同時(shí)兼有壓力傳感器、良好絕熱體、柔性加熱器和PM_2.5過(guò)濾器四種裝置的特性，有望在智能織物、空氣過(guò)濾、健康管理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

圖 1多功能電子織物功能示意圖

  棉基質(zhì)的多功能電子織物的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其底層是涂有高密度AgNW的織物加熱器，頂層是有著網(wǎng)孔間隔的雙層壓力傳感織物，除此之外每一層都含有AgNW滲濾網(wǎng)絡(luò)有效反射人體所產(chǎn)生的紅外輻射。通過(guò)“浸涂與干燥”工藝可簡(jiǎn)便地制出AgNW涂層織物，調(diào)節(jié)浸涂周期或溶液濃控制AgNW的密度，最后將所得各層織物按順序整合組裝得到多功能電子織物。

圖 2多功能電子織物壓力傳感性能測(cè)試

  基于纖維/紗線/織物多尺度接觸效應(yīng)，多功能電子織物展現(xiàn)出卓越的壓力傳感性能。當(dāng)處于空載狀態(tài)時(shí)，面層織物的AgNWs由于兩層之間的網(wǎng)孔間隔無(wú)法接觸；一旦表面達(dá)到足夠負(fù)載，兩層相鄰的AgNWs則會(huì)產(chǎn)生接觸效應(yīng)（圖2b），導(dǎo)致織物電阻減小。實(shí)驗(yàn)證明，優(yōu)化織物網(wǎng)孔間隔與AgNW浸涂周期能有效提高傳感器靈敏度（圖c-e），在負(fù)載0–10 kPa和10–100 kPa時(shí)，其靈敏度分別可達(dá)3.24×10⁵ kPa^-1、2.16×10⁴ kPa^?1。此外，伏安特性曲線、響應(yīng)速度和可重復(fù)性的測(cè)試分別在圖f-h中顯示。該織物作為創(chuàng)可貼用以監(jiān)測(cè)脈搏（圖2i），測(cè)出正常成年人的脈搏率約為72次/min（圖2j），通過(guò)減小手腕彎曲角度時(shí)監(jiān)測(cè)到電流波形圖發(fā)生的顯著變化（圖2k），進(jìn)一步表明其具有良好的壓力傳感性能。

圖 3多功能電子織物紅外性能和絕熱性能的表征

  多功能電子織物上的AgNW網(wǎng)絡(luò)具有納米孔結(jié)構(gòu)，能有效反射人體紅外輻射（8-14um），同時(shí)電子織物的多層結(jié)構(gòu)，賦予織物優(yōu)異的絕熱性能。研究團(tuán)隊(duì)比較了涂覆不同密度的AgNW的織物，發(fā)現(xiàn)增大AgNW密度能顯著提高紅外反射率（圖3b-c）。在維持20℃室溫狀態(tài)下，普通織物激發(fā)的紅外輻射平均溫度為29.3℃，多功能電子織物為22.2℃相比單層AgNW修飾織物低1.4℃（圖3d）。織物在外界溫度25℃時(shí)可穩(wěn)定維持人體皮膚溫度為33℃。同時(shí)，測(cè)量環(huán)境溫度維持33℃所需的織物加熱器溫度的設(shè)定點(diǎn)，低設(shè)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)于更好的織物隔熱性能，結(jié)果顯示多功能電子織物設(shè)定點(diǎn)最低，相比普通織物，多功能電子織物可以實(shí)現(xiàn)皮膚與織物間的微環(huán)境的溫度高5℃（圖3e），被動(dòng)絕熱性的研究則在圖3f-g中展示。

圖 4多功能口罩的應(yīng)用

  將此多功能電子織物應(yīng)用于口罩中，對(duì)快速呼吸過(guò)程的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯現(xiàn)電流信號(hào)有著平滑的峰值曲線（圖4a），可用于生命信號(hào)的醫(yī)用監(jiān)控。除此之外，過(guò)濾性能測(cè)試如圖4b所示，其PM_2.5過(guò)濾效率超過(guò)98%。圖4c是用熱成像儀測(cè)試口罩主動(dòng)加熱模式和在正常條件下被動(dòng)保暖的效果，多功能電子織物在冬天擁有良好的保暖、防護(hù)特性。

  此文展示了一種通過(guò)堆疊組裝表面浸涂AgNW的織物開(kāi)發(fā)了同時(shí)兼有實(shí)時(shí)壓力傳感、輻射保暖、焦耳加熱和PM_2.5過(guò)濾功能的多功能電子織物，為多功能可穿戴電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)鋪平了道路。 

  參考文獻(xiàn)：Lian Y, Yu H, Wang M, et al. Multifunctional wearable E-textile via integrated nanowire-coated fabrics[J]. J. Mater. Chem. C, 2020. DOI: 10.1039/D0TC00372G

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/TC/D0TC00372G#!divAbstract