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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)動監(jiān)測和個人熱管理等方面。目前主要有兩種將可穿戴設(shè)備整合到織物中的方式：1）纖維狀器件通過編織嵌入織物基底2）織物基底上修飾導(dǎo)電功能材料。簡化可穿戴設(shè)備與織物的整合過程或生產(chǎn)多功能一體式傳感服飾技術(shù)越來越成熟，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，使其同時兼有壓力傳感器、良好絕熱體、柔性加熱器和PM_2.5過濾器四種裝置的特性，有望在智能織物、空氣過濾、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“浸涂與干燥”工藝可簡便地制出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，面層織物的AgNWs由于兩層之間的網(wǎng)孔間隔無法接觸；一旦表面達(dá)到足夠負(fù)載，兩層相鄰的AgNWs則會產(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，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)性的測試分別在圖f-h中顯示。該織物作為創(chuàng)可貼用以監(jiān)測脈搏（圖2i），測出正常成年人的脈搏率約為72次/min（圖2j），通過減小手腕彎曲角度時監(jiān)測到電流波形圖發(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℃時可穩(wěn)定維持人體皮膚溫度為33℃。同時，測量環(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，對快速呼吸過程的監(jiān)測結(jié)果顯現(xiàn)電流信號有著平滑的峰值曲線（圖4a），可用于生命信號的醫(yī)用監(jiān)控。除此之外，過濾性能測試如圖4b所示，其PM_2.5過濾效率超過98%。圖4c是用熱成像儀測試口罩主動加熱模式和在正常條件下被動保暖的效果，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堆疊組裝表面浸涂AgNW的織物開發(fā)了同時兼有實(shí)時壓力傳感、輻射保暖、焦耳加熱和PM_2.5過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