纺织基柔性力学传感器的研究进展

随着近年来各领域对纺织基柔性力学传感器研究与应用不断深入,以纺织材料作为传感载体的纺织基柔性力学传感器在各领域的应用水平得到了进一步提升。通过对纺织基柔性力学传感器常用材料、制作方法、结构设计的总结分析,以及国内外相关研究回顾,综述了电阻式、电容式、压电式和多功能纺织基柔性力学传感器研究的最新进展。结合实际应用场景,提出现阶段研究存在所面临的挑战,并展望了纺织基柔性力学传感器的前景。

纺织基柔性力学传感器研究进展

针对纺织基柔性力学传感器成型构筑机制、传感响应原理、应用领域不明确、不清晰等问题,系统综述了近几年国内外纺织基柔性力学传感器的制备、性能及应用的研究,并分别分析了纺织基电阻式力学传感器、电容式力学传感器在人体运动、生命体征检测及人机交互等领域的应用优势。结果表明:一维纤维状传感器和二维织物传感器因其结构可变化性、组合可设计性等特点成为主要的纺织基传感器结构,传感器具有理想的线性度、迟滞性、重复性、灵敏度、稳定性等特性。高导电性、高弹性及回复性、高灵敏性和耐久性是纺织基柔性力学传感器的重要发展方向。

自供电纺织基柔性应变传感器研究进展

将纺织品与能源收集器和传感器相结合,为物联网时代人体可穿戴电子产品提供一种持续、环保、可穿戴的能源解决方案。本文根据不同的自供电原理将纺织基自供电传感器主要分为摩擦电型、压电型、热电型三大类,综述了近年来自供电纺织基柔性传感器的研究进展,分类介绍它们的供电原理、结构制备、材料选择、应用场景等,总结了目前纺织基柔性传感器在电子皮肤领域的研究进展,并对纺织基柔性传感器存在的问题和前景进行讨论。

棉织物/聚二甲基硅氧烷复合介电层柔性压力传感器制备

针对织物基柔性压力传感器制备过程中存在工艺复杂、成本高等问题,提出在平纹棉织物上下表面贴附等宽叉指形铜箔,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装织物及铜箔电极,制得织物基电容式柔性压力传感器的方法,对传感器阵列单元截面微观形貌进行观察并对传感器性能进行测试。结果表明,传感器具有PDMS包覆织物纤维特殊微结构复合介电层;在0~0.75、0.75~125及125~580 kPa范围内,灵敏度分别为8.66×10^(-3)、0.94×10^(-3)和0.43×10^(-3)kPa^(-1),传感器最大可检测限达580 kPa,最大迟滞约5.5%,具有良好的重复性及稳定性;对其柔性及触觉分析发现,该传感器可清晰识别并反馈弯折不同角度及手指间歇触压的过程。

柔性电子织物的构筑及其压力传感性能

针对薄膜基、凝胶基柔性传感器的透气透湿性差、穿着舒适性低等问题,提出一种基于压阻效应的柔性电子织物制备策略,构筑以1+1罗纹导电织物电极层、MXene改性棉织物中间导电层为基础的结构模型,缝纫复合各功能层形成三明治结构柔性电子织物,研究其可穿戴舒适性能及传感性能,阐述其未来工业化生产的潜力。结果表明:全纺织基柔性电子织物在低压力范围(0~3 kPa)内的灵敏度约为0.4095 kPa^(-1),具有较好的线性度;2 g砝码可使其电阻变化率超过3%,具有较好的低压监测性能;响应时间小于50 ms,足以用于人体运动信号监测;在8000次施压循环后仍保持稳定的电阻变化,表现出优异的耐久性;此外,兼有较佳的热湿舒适性,其透气率为270.49 mm/s,透湿率为3420 g/(m^(2)·24 h)。柔性电子织物对人体动态信号有优异的识别能力,在运动训练、医疗保健及军事防护等领域具有广阔的应用前景。

矿井勘探用智能电子织物及其安全防护可穿戴研究

针对传统传感设备的柔软性差、可穿戴舒适性低等问题,提出一种基于电容效应的全纺织基柔性电子织物的制备策略,采用镀镍铜织物作为电极,以纬平针织物作为介电层,构筑得到针织物基传感器。镀镍铜机织物电极层和中间针织物介电层厚度均在微米级别,拥有良好的透气和透湿性,也具有良好的可穿戴舒适性。结果表明,全纺织基柔性电子织物在压力范围0~400 kPa内的灵敏度约为0.00044~0.0025 kPa^(-1),具有较好的线性度;在8000次施压循环后仍保持稳定的电容变化,表现出优异的耐久性能;此外,三维织物基传感器显示出很好的服用性能,透气性为168.20 g/(m^(2)·h)和透湿性为537.86 mm/s。全纺织基柔性电子织物对人体动态信号有优异的识别能力,在矿井勘探等安防领域具有广阔应用前景。