金纳米线负载棉针织物柔性传感器制备及应用

柔性传感器具有稳定性优异、响应迅速、灵敏度高等特点,在智能可穿戴设备上具有广阔的开发前景。为满足可穿戴器件的要求,制备金纳米线,并用金纳米线溶液浸渍处理棉针织物,获得具有较好性能的传感元件。利用铜离子处理后的纱线人工绣制叉指电极,与金纳米线棉针织物复合材料组装成压阻式柔性传感器件,并将其置于人体的不同部位如手指、颈椎等部位,进行人体关节弯曲运动的传感性能测试。结果表明,所制备的压阻式柔性传感器实现了对人体关节运动过程中不同状态的实时跟踪与监测,取得了良好效果,为可穿戴柔性传感器的设计与应用提供了可行性方案。     

石墨烯高弹性应变传感器的制备及性能研究

探讨石墨烯应用于柔性应变传感器的效果。将石墨烯水性聚氨酯混合导电涂料涂覆于氨纶丝上,制备出一种具有褶皱微层结构的柔性可拉伸应变传感器,分析了所制得传感器的强伸性能、灵敏度、相应时间和耐久性,并将其应用于大形变和小形变的检测。测试结果表明:该传感器可逆应变范围0～200%、灵敏度152.4、响应时间60 ms,经历1 200次拉伸释放后的相对电阻变化率仅为12%;且能够实时监测人体运动。认为:石墨烯柔性应变传感器可逆应变范围宽、灵敏度高、响应时间短、耐久性良好,适用于人体运动的实时监测。     

聚吡咯/棉导电针织物的制备及其在人体运动监控中的应用

为制备柔性可穿戴传感器,利用线圈结构变化使导电针织物呈现良好的应变传感性能,以棉针织物为基底材料,分别以吡咯、三氯化铁(FeCl3)和甲苯-4-磺酸(PTS)为单体原料、氧化剂和掺杂酸,采用原位聚合法制备聚吡咯/棉导电针织物。研究了聚吡咯/棉导电针织物的结构与性能,分析其应变-电阻传感性能,并将其用于人体运动的监测分析。研究表明:制备的导电棉针织物表面附着了一层导电聚吡咯,织物电阻率从6×1010Ω·cm降至511Ω·cm;在20%的应变条件下,织物应变传感性能较好;人体运动监测分析表明,该聚吡咯/棉导电针织物对人体膝部、肘部的活动具有较好的监控能力。     

基于弹性导电包覆纱的手势识别系统设计

为了实现手势识别设备的便携化、轻量化和智能化,设计了一种基于弹性导电包覆纱线的柔性应变传感器模型,开发了一种具有手势识别功能的可穿戴智能手套。通过在包覆纺纱机上纺制具有电阻-应变效应的镀银锦纶氨纶包覆纱线,并将其与弹性手套相结合,制备了可以监测手指关节弯曲应变的柔性应变传感器。基于这种传感器,开发了一种手势识别系统,可以实现对手势的分析和识别。该系统可以适应不同人群的手势识别,总体手势识别准确率达90.59%,识别延迟在0.2 s左右。     

聚苯胺涂层经编织物的应变传感性能及其在呼吸监测中的应用

为制备呼吸监测智能服装用针织结构柔性传感器,首先通过等离子体对双经平结构的涤纶经编织物进行预处理,然后利用原位聚合法进行导电处理,分析了导电经编织物的微观结构与导电性能、应变–电阻传感性能,并探讨了其在呼吸监测智能内衣中的应用。结果表明:原位聚合法导电处理可赋予涤纶经编织物良好的导电性能,织物的电阻率较未处理时降低了约11个数量级;导电经编织物具有良好的应变–电阻传感性能,往复拉伸后电阻变化保持稳定,在6％和10％的应变条件下,其敏感因子分别为6和4左右;导电经编织物传感器具备良好的人体呼吸监测能力,不仅能记录呼吸的发生,还可监测呼吸的频率及强度。     

基于原位冷冻界面聚合法的纱线传感器制备及其应变传感性能

为解决传统传感器柔性差、制备成本高等问题,以涤纶包氨纶纱为基材,通过聚多巴胺修饰和聚吡咯的原位冷冻界面聚合制备了具有快速响应、稳定的电力学性能和循环耐用传感性能的柔性纱线应变传感器。利用扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪、傅里叶红外光谱仪对导电纱的微观形貌和化学结构进行表征,探究了不同拉伸应变下导电纱的电阻变化性能。结果显示：在吡咯单体与三氯化铁的量比为1的最佳配比下,在不同的拉伸范围、拉伸速度下,纱线传感器电阻变化稳定,拉伸形变小于6%时,灵敏度达4.039;在10%应变下,响应时间为166.67 ms;此外,纱线循环拉伸1 000次后仍具有优异的稳定性。导电纱可通过编织、针织或刺绣等方式与织物相结合,实时监测人体关节活动,广泛应用于人体运动识别和远程医疗服务等领域。     

纤维/纱线柔性电阻式应变传感器的研究进展

系统介绍纤维/纱线柔性电阻式应变传感器的传感机理和性能参数,详细阐述涂层法、熔融纺丝法或湿法纺丝法、结构设计法制备纤维/纱线柔性电阻式应变传感器的工艺特点及研究现状,展示纤维/纱线柔性电阻式应变传感器在可穿戴领域的应用,最后指出其在可穿戴领域应用中所面临的困难以及其未来的发展方向.     

纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

针对目前柔性智能可穿戴领域面临的产品功能单一、续航能力低、穿着舒适性差及三维扭曲形变时与人体贴合性不佳等问题,研究了基于纺织、材料、电子、通信、生物、能源及环境等多学科交叉领域的柔性智能可穿戴纺织品,分析了纤维基柔性智能可穿戴器件的制备方法、组成结构、三维形变与性能之间的关系。综述了近年来可 穿戴技术与产品的研究进展及纤维材料在柔性应变传感器、有机电化学晶体管基生化传感器、超级电容器、微生物燃料电池等柔性智能可穿戴领域的最新应用,指出可穿戴技术与纺织材料的融合是可穿戴产品发展的必然趋势和客观需求。     

静电纺纤维膜应变传感器制备及性能研究

采用真空抽滤的方法制备一种柔性可拉伸纤维膜传感器,该传感器具有灵敏度高、稳定性好、拉伸性能好、透气等特点。该传感器以静电纺丝技术为基础,将聚氨酯(TPU)纤维膜作为传感器基底,通过真空抽滤的方法将多壁碳纳米管(MWCNTs)和银纳米线(AgNWs)加载在TPU纤维膜上。扫描电镜图像显示,多壁碳纳米管和银纳米线与TPU纤维形成致密的导电网络。而且MWCNTs-AgNWs-TPU可拉伸纤维膜传感器具有良好的导电性,在50%应变下灵敏度高达438 kPa~(-1),具有优良的耐久性(>1 000循环)和水蒸气透过率,这种性能保证了传感器可以作为一种可穿戴设备来监测人体各部位的运动。     

基于跑步运动状态下的皮肤拉伸研究

运动紧身装备有减少运动损伤、提高运动能力作用,令其成为21世纪功能性运动服装的研究热点。本文以跑步状态下皮肤拉伸为研究方向,提出了研究人体动态皮肤拉伸的一种新方法。通过分析跑步循环动作及下肢角度,将跑步循环分解成三个静态动作-前迈、落地、后摆。重点研究了人体在跑步的三种姿势下下肢体表在横向和纵向方面皮肤形变量,通过利用SCAN SMART三维扫描系统,从而得到了不同姿势下下肢不同部位皮肤拉伸数据,初步尝试获得了在跑步运动中皮肤变化的规律,为跑步运动紧身裤结构优化设计提供理论依据。     

镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱电容传感器的构筑

为获得线形螺旋结构且具有良好传感性能的大应变柔性应变-电容传感器，采用水浴静电纺丝法以镀银聚酰胺6为芯纱，制备了镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱，并将其缠绕在橡筋上制备应变-电容式柔性传感器。对纳米纤维包芯纱的结构与力学性能进行表征与测试，分析了应变-电容传感器的传感性能，并探索了其在人体运动监测中的应用。结果表明：聚酰胺6纳米纤维在镀银聚酰胺6表面形成结构完整的包覆层，直径分布主要在80～100 nm范围内，平均直径为95.53 nm;相较于芯纱，纳米纤维包芯纱的力学性能基本保持不变；制备的柔性传感器表现出良好的应变-电容传感性能，在6.67%的应变下敏感因子可达3.93,并具有良好的重复性，该传感器可用于人体运动的实时监测。     

柔性传感器在智能可穿戴中的应用研究进展

智能可穿戴是一项多学科综合交叉的新兴技术,作为其重要组成部分的柔性传感器受到各国研究院所、技术研发企业等的广泛关注。从智能可穿戴技术出发,以传感器物理感知性能为分类依据,综述了近5年柔性传感器的应用研究进展;归纳了目前智能可穿戴技术中柔性传感器在生理参数监测、动作监测以及环境监测领域的应用,以期推动智能可穿戴技术的发展。     

基于纤维素材料的柔性应变传感器的研究进展

近年来柔性应变传感器发展迅速,目前在个性医疗、运动监测、智能可穿戴等领域均有着广泛应用。随着资源短缺、环境污染等问题的加剧,制备清洁绿色的柔性传感器成为研究热点。纤维素材料以其自身储量丰富、可降解再生、易加工成多种结构等优势,为柔性应变传感器的制备和性能提升提供了新的发展方向。本文对近些年以纤维素材料制得的柔性应变传感器的研究进行了总结,包括此类传感器的制备材料、性能改良和应用前景,以期为纤维素基柔性应变传感器的研究提供参考。     

纺织材料基可穿戴柔性应力/应变传感器的发展及应用

从柔性纤维、纱线、织物作为传感部件的角度,系统探讨了基于纺织材料的应力/应变传感器的设计方法、性能及应用。从拉伸性能、疲劳寿命和变形过程中电阻的相对变化等方面对其进行了评价,比较了传感器的灵敏系数、应变范围及稳定性等的优缺点。介绍了纺织材料基柔性传感器在人体运动、生命健康监测等领域的研究现状和发展趋势。认为未来开发具有高应变范围、灵敏性及稳定性的纺织力学传感器将是一个重要发展方向,并提出可以通过结构优化、使用新材料等方法来实现的建议。     

柔性可穿戴传感器用于篮球技术动作监测及伤病预防的研究

随着5G信息化时代的到来，现代化篮球也逐渐向着智能化、数据化、科学化的方向发展，人工智能在篮球领域的推广和应用是提高篮球训练水平，进而缩小与篮球强国之间差距的重要手段。传感器件是人工智能设备的核心器件，与硬性传感器相比，柔性传感器具有良好的柔韧性、延展性与较高的探测灵敏度，能够紧密贴合在运动员的身体部位甚至是人体关节等不规则表面，因此近年来受到了广泛关注与蓬勃发展。本文中，将重点阐述不同类型的柔性可穿戴传感器应用于篮球技术训练方面的具体要求以及相关研究进展，具体为：柔性可穿戴应变传感器应用于人体大应变技术动作监测，柔性触觉传感器及手指弯曲传感器应用于投篮手型指导与纠正，以及柔性足底压力传感器应用于足底压力监测和伤病预防。     

嵌入银纳米线的织物型应变传感器的制备与性能

利用共轭静电纺丝技术一步制得嵌入银纳米线(AgNWs)的可拉伸纳米纤维包芯纱。将两根包芯纱十字交叉放置，在接触点处构建形成织物型应变传感器。结果表明：可拉伸的同轴包芯纱结构和嵌入AgNWs导电网络的弹性多孔纳米纤维传感结构使制备的织物型传感器具有高应变灵敏度，灵敏度系数为34.5～934.0,具有较大的应变传感范围(130%)和良好的循环稳定性，并可贴附在人体关节处用于运动监测。     

资讯·前沿

福州大学研发水下超疏水传感器近年来,可穿戴柔性传感器在健康监测、人体运动检测、人机界面等领域有着广泛应用,使得柔性可穿戴电子设备的需求在不断增加。随着海洋勘探的不断发展,人们对水下可穿戴传感设备的需求日益增加。然而目前大多数报道的传感器由于亲水表面会受到水蚀,无法在水下进行工作,进而影响传感器的正常工作。     

嵌入三维编织复合材料的碳纳米线应变传感特性

为实现三维编织复合材料的原位结构健康监测,研制了嵌入碳纳米线的三维五向编织复合材料预制件,建立了基于三维编织复合材料试件的碳纳米线应变传感实验系统,分析了嵌入三维编织复合材料中的碳纳米线应变传感特性。结果表明：在单调拉伸和循环加载卸载过程中,嵌入三维编织复合材料的碳纳米线传感器电阻变化与试件应变的线性相关性较高;在较大载荷循环加载卸载后,碳纳米线传感器产生的残余电阻可用于检测试件的损伤或累积损伤;引入电阻应变相关系数建立了电阻变化净差值与机械应变净差值的应变传感方程,可实现基于碳纳米线传感器的三维编织复合材料原位结构健康监测。     

跑步智能可穿戴产品的消费需求与现状匹配分析

为了解智能可穿戴产品的发展现状、满足消费者对智能可穿戴产品的期望,以跑步智能可穿戴产品为例,采用问卷调查和产品调研的方式,对其消费需求与产品现状进行匹配分析。将国内外38款跑步智能可穿戴产品的常见功能、个性化运动计划定制情况和价格同消费需求进行对比,发现所调查的产品都已基本具备数据记录功能,其中5.2%的产品可"监测肌肉活动",但没有产品能满足消费者需求最强烈的"检测关节活动"功能; 26.3%的产品可以根据用户个人的运动数据变化而给出相应的运动建议,或定制个性化的运动计划,与消费需求的匹配度较低;国内外智能可穿戴产品价格差异较大,国内产品基本满足了71.12%的消费者对跑步智能可穿戴产品价格不超过1 000元期望。说明当前跑步智能可穿戴产品的功能不够完善,产品与需求的匹配度不高,有待进一步的研究和改进。     

足底压力分布测量鞋垫的研制

研制了基于PVDF压电薄膜的智能压力测试鞋垫,以记录人体运动状态下的足底压力分布状况。针对柔性传感器普遍存在的频率响应问题,采用多层感芯结构以提高薄膜传感器信号响应,并在压电薄膜和柔性鞋垫间嵌入硬质膜片以改善柔性传感器的弹性滞后性。智能压力鞋垫具备良好的可穿戴性,且在高频运动条件下具备良好的测试性能。测试实例表明,智能压力鞋垫性能可靠,可揭示不同运动状态下足底压力的分布状况,为人体步态分析研究提供依据。