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高灵敏度且方便裁剪的导电纤维织物

 

  可穿戴电子设备及柔性传感器等在智能纺织品领域的潜在应用引起了人们的广泛关注,目前主要的柔性应变传感集中在了延展弹性材料的电阻或电容变化上,这类材料通常传感稳定性差,且制备方法复杂,如3D打印、多层组装等。

  

  

  

  北京服装学院研究团队在揭示导电纤维织物电学性能变化机理的基础上,研发出可裁剪的纯织物基柔性传感材料,为高灵敏可穿戴柔性传感器的制备带来了极大便利,经与多个研究团队共同合作,该导电织物被制成遥控手指套、传感鞋垫等,显示出高灵敏性和宽测量范围。

  研究人员利用颗粒自组装的方式制备了具有导电性能的竹纤维织物,其具有耐水洗性和高导电性,在9V电压下,可直接点亮LED灯。对导电织物进行裁剪制成指套,以电压变化前后的差值作为输出信号,当手指弯曲时,指套拉伸导致电阻减小、电压信号增加;当手指伸直时,由于力的消失,指套恢复从而信号返回。输出信号可以准确、快速地反映手指的弯曲程度,当执行指套的重复弯曲测试时,手指围绕选定的输出信号值振动,响应时间小于0.1 s。当用指套遥控机械手时,食指弯曲,机械手的相应手指接收到信号并快速重复相同的动作。因此裁剪制作的传感指套具有高度灵敏性。

  经过对导电织物压力传感的机理研究,其可以实现高灵敏压力传感。将织物直接裁剪成鞋垫,可以用于检测人行走时的足部受力情况。根据测量到的数据可以实现对人体重心转移的监测和足部受力点受力时间长短的监控。用聚合物涂覆鞋垫,其可以获得较好的防水性能,同时仍然保持了柔软性。进一步通过数据传输实现了在计算机屏幕上的直接显示,屏幕中测量点的明亮变化及其点亮顺序能反映出人体重心的快速转移。这种信号的变化非常灵敏而迅速,为真正实现智能可穿戴打下坚实的基础。

  文章在指导各种导电传感织物的制作方面具有广泛的普适性和指导意义,相关内容以“A Conductive Bamboo Fabric with Controllable Resistance for Tailoring Wearable Sensors”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

    来源:纺织导报

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