智能可穿戴监测服装性能评价模型的研究进展

为促进可穿戴智能服装评价标准形成进而促进可穿戴智能服装产业化发展,系统介绍人体-织物数理模型及人体与织物间动态压力数值模拟的评价模型。基于弹性力学理论,探究静止状态下拉普拉斯数理模型的研究进展;介绍织物结构对接触压力的影响及织物结构的数值模拟,并进一步探究着装过程、运动状态下人体-织物间连续动态压力的数值模拟情况,以及数值模拟法与计算机技术结合的现状。最后讨论现阶段可穿戴智能服装评价模型的应用,并提出使用数值模拟法进行多物理场耦合、模拟加速度运动用于提高可穿戴智能服装可靠性评价标准的发展展望。     

三维间隔织物编织工艺及应用

三维间隔织物是一种具有特殊结构的新型纺织材料。文章介绍了经编和纬编间隔织物的编织工艺和织造方式,归纳了间隔织物作为新型材料在垫用、服用、车用、建筑、农用、过滤、包装等方面的常规应用,重点讲述了三维间隔织物在可穿戴领域的研究现状和研究成果,包括传感器、电容器、发电机、纺织天线等智能器件,为间隔织物在可穿戴领域的应用和发展提供了参考。     

经编全成形脖套的结构设计与工艺实现

针对目前脖套结构单一,裁剪缝制加工工序多且有裁剪损耗等问题,在分析研究人体头颈部位尺寸数据的基础上,结合经编全成形原理进行全成形脖套款式结构设计与开发。首先确定基础纸样结构,在纸样上进行穿戴部位设计与结构分区,对于口鼻部位进行一体成形的双层织造结构开发,通过贾卡变化组织定位设计实现双层结构局部开口;之后在经编针织物CAD系统中进行贾卡组织设计,建立工艺模板并进行织物结构仿真;最后应用Style 3D软件进行经编全成形脖套的三维建模与虚拟展示。研究结果表明,一体成形的双层结构可通过贾卡变化组织实现,通过经编全成形织物的二维仿真与三维虚拟展示可快速预览开发织物的穿戴效果,为实现经编全成形新品的快速开发提供有效途径。     

人体健康监测用织物基智能可穿戴传感器研究进展

智能可穿戴传感器的人体健康监测工作可以分为传感器对人体数据的探测和收集。常见的导电织物根据导电材料的不同可分为金属基导电织物、碳基导电织物和聚合物基导电织物,文章介绍了这3种导电织物的制备方法和特点;讨论了电阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器的特点、制备方法以及数据采集方式;并进一步对织物传感器在人体健康领域的应用进行了总结;最后针对织物传感器制备和使用中的问题及未来的发展趋势进行了分析。     

可穿戴足底压力监测系统研究进展

为快速推进可穿戴足底压力监测系统的应用,介绍了人体足部的生理结构、足底压力的来源和运动步频。基于可穿戴足底压力监测系统的研究现状,探究了基于织物传感器的一体式压力监测袜的制作材料与响应原理,以及基于柔性电子传感器的集成式压力监测鞋的信息传递模块与工作原理;阐释了可穿戴足底压力监测系统特征点的选取原则,及其在摔倒检测、足疾诊断、足底压力数据库方面的应用。最后讨论了现阶段可穿戴足底压力监测系统在产业化进程中存在的材料性能不佳、无线传输距离短等问题,并提出了基于生物力学、纺织材料、电子通信交叉融合一体化的更完善的应用展望。     

方平组织导电面料的设计与心电监测

织物电极是制备长期可穿戴式心电监测设备的重要器件，织物电极的设计开发关系着电极穿戴的舒适性和信号采集的稳定性。方平组织织物浮线长，布面平整，风格独特，适合制备心电电极。基于镀银锦纶纱开发方平组织的导电面料，调控交织密度，织造了多种面电阻的织物电极，并探索其监测人体心电信号的性能，评估监测质量。研究发现，增加织物中导电纱线的交织密度可增大皮肤与电极间的接触面积，织物触感更柔软，织物与人体的阻抗更低，心电信号更清晰。织物有孔隙时更适合长期穿戴和监测人体的心电信号。     

用低温界面聚合法制备多功能核壳结构热电织物

为制备导电率高且柔性的多功能热电织物,采用低温原位聚合法制备了对甲苯磺酸离子掺杂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT∶Tos)包覆聚丙烯纤维的核壳结构热电织物。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、红外热成像仪对热电织物的结构和性能进行表征与分析。结果表明:热电织物兼具织物优异柔韧性和PEODT∶Tos 良好的导电性,电导率可达2.1 S/cm;当在热电织物两端施加10 V的电压时,其表面温度提高近20 ℃,具有良好电热性能,可将电能有效地转化为热能;由热电织物所构建的热电转化装置处在温差为20 ℃的温度梯度场中时,可持续输出0.3 mV的电压。     

热电材料在柔性可穿戴智能纺织品中的应用

为满足柔性可穿戴智能纺织品的供电需求,总结了热电材料的应用情况。介绍了热电材料的热电效应原理,综述了有机、无机及其复合热电材料在柔性可穿戴智能纺织品中的应用。指出,改进碳纳米管掺杂改性方法,匹配合理的有机、无机热电材料是未来的研究方向。     

可穿戴电加热元件的制备及可靠性

可穿戴电加热元件在人体热舒适调节领域具有重要意义。电加热材料的研究与发展，促使电加热元件的加热性能得到不断提升，功能实现多样化。目前可穿戴电加热元件的研究除材料性能研究外，缺少研究元件与实际应用需求间的差距分析。为分析目前可穿戴电加热元件的可靠性及发展趋势，对不同材料的一维线性、二维平面及三维气凝胶状元件的制备工艺、性能、有害物质引入途径进行了讨论，发现先进的可穿戴电加热元件距离成熟的产品应用仍存在制备成本高、不耐水洗、柔性差、不透气及有害物质残留等问题。可穿戴电加热元件研究涉及材料选择、工艺制备、人体服用舒适性，但实际使用的可靠性，如元件的柔性、透气性、安全性及耐用性易在研究中被忽视。先进的可穿戴电加热元件满足使用需求的潜在解决方案为：综合应用不同材料以节约成本，优化制备工艺避免有害物质的残留，改进元件结构以提高其可靠性。     

基于织物的柔性电路制备方法及应用研究进展

智能可穿戴技术的快速发展,使得以织物为基底的柔性电路因其优异的柔性和透气性,受到广泛关注。文章综述了几种常用的织物柔性电路的制备方法,并指出这些方法在柔性、工艺、规模化生产等方面存在的问题;其次,结合智能纺织品的应用,总结了织物柔性电路在传感器、发光二极管和织物天线等领域的应用;最后,对织物柔性电路在智能可穿戴系统中存在的问题,提出织物柔性电路应具有趋同服用的性能、实现更为复杂的电路设计、保证稳定低功耗的电流传输及无缝集成等特性,为织物柔性电路发展提供方向。     

资讯·前沿

<正>织物型柔性可穿戴复合式能量收集器可收集机械能与生化能据报道，中山大学衣芳教授课题组与清华大学王晓峰课题组合作，开发了一种具有良好透气性和舒适性的织物型柔性可穿戴复合式能量收集器（BWHEH）。BWHEH由一个背向皮肤的织物型摩擦电纳米发电机（T-TENG）和编织到织物T-TENG中并面向皮肤的纤维型生物燃料电池（F-BFC）组成。其中，T-TENG能够收集运动产生的机械能，F-BFC能够收集汗液中的生化能。     

大连理工在可视化交互式织物传感器件领域取得新进展

正据报道,大连理工大学教授牛文斌、张淑芬等和加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系教授贺曦敏合作,将超分子光子弹性体和具有多层纤维结构的导电涤纶织物结合起来,合作开发设计并制备了一系列具有快速持久的光电双响应的交互力致变色电子织物(MET)传感器,并进一步展示了其在可视化可穿戴电子产品中的应用。     

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。     

绒面织物基摩擦电式压力传感器的制备及其应用

传统压力传感器普遍存在可穿戴性差、电源供电不便等瓶颈问题，限制了其在可穿戴领域的应用，因此，研发具有柔性可穿戴和自供电功能的传感器是亟需突破的新策略。受冬季绒面衣物与人体摩擦易产生静电的启发，将摩擦纳米发电技术与柔性纺织材料相结合，提出了一种基于纺织结构的新型摩擦纳米发电机。以不同绒面织物作为摩擦层材料，制备了一种摇粒绒织物基摩擦电式自供电压力传感器(f-TENG),研究绒面结构类型对摩擦电输出性能的影响规律。f-TENG的绒面结构和高比表面积赋予了其良好的可水洗、连续化生产、低成本的特点，以及出色的电输出性能(40 V,5 cm×5 cm),可以点亮50个串联的LED灯泡。f-TENG可被用于多种应用场景中，采集人体运动的能量产生电信号，展示了纺织品在自供电智能可穿戴设备方面的应用潜力。     

用于呼吸监测的光纤传感织物制备及其性能

为开发一种基于光纤侧发光感光机制监测人体呼吸的传感织物,将直径500μm的聚合物光纤为经纱织入织物,在光纤的侧面局部位置激光打标,形成发光和感光光纤。呼吸拉伸光纤的位移变化及感光光纤的光强改变,从而监测人体呼吸状态。研究了光纤打标距离、纬纱弹性、光纤间距和光纤根数对传感织物性能的影响,结果表明优化后传感织物的光强损耗度从13.14%提高到38.61%。在人体胸骨下方佩戴传感织物可以监测坐姿、站姿和行走下的平静呼吸信号,呼吸频率监测精度高(误差范围在1.2次/min内),与面罩式呼吸监测仪性能相当。该光纤传感织物的制备工艺简单,灵敏度较高,可穿戴呼吸设备的舒适性高,有望在智能纺织品领域实现产业化。     

基于天然蚕丝开发出热致变色纱线

正近日,上海科技大学物质学院凌盛杰教授课题组基于天然蚕丝开发出可规模化生产的热致变色纱线(TCSs),并进一步加工成智能可穿戴动态显示织物,为功能化蚕丝纤维的生产制备和应用,提供了切实可行的参考建议。该项研究将成熟的纱线纺纱技术和简单的浸涂技术相结合,通过建立理论模型优化相关生产参数,达到不同种类表面涂层的均匀性提升,     

电子纺织品在智能可穿戴领域的研究进展

为了使电子、通信、生物等要素融入纺织行业形成多功能化的智能纺织品,综述了近年来电子纺织品在智能可穿戴领域的研究进展,列举了压力传感器、拉力传感器等智能纺织基传感器,讨论了交互式电子纺织品在人体可穿戴中的应用。结果表明:电子纺织品因电子器件等模块的加入而提高了价格;由于智能可穿戴设备存在体积大、非柔性、穿戴异物感强等缺陷,难以满足电子纺织品对穿着舒适性的要求;如何将纺织品与传感器巧妙地结合在一起并降低成本,是未来电子纺织品的发展方向。     

兼具自传感与凉感的智能运动衣

智能服装在人体健康监测和自适应等可穿戴领域有着广泛的应用前景。近日,青岛大学曲丽君教授团队和深圳大学张学记教授团队合作,通过微流控纺丝技术制备了具有多尺度无序多孔结构的弹性纤缮(MPPU),该纤维具有非常好的导热性能,可给人体带来接触凉感的舒适感受。     

资讯·前沿

基于天然蚕丝开发出热致变色纱线近日,上海科技大学物质学院凌盛杰教授课题组基于天然蚕丝开发出可规模化生产的热致变色纱线(TCSs),并进一步加工成智能可穿戴动态显示织物,为功能化蚕丝纤维的生产制备和应用,提供了切实可行的参考建议。该项研究将成熟的纱线纺纱技术和简单的浸涂技术相结合,通过建立理论模型优化相关生产参数,达到不同种类表面涂层的均匀性提升,最终获得高性能TCSs的连续生产(>10 km)。     

机织物结构三维模拟软件系统的开发

为真实展现机织物结构立体效果,借助Maya骨骼技术和机织物结构相理论开发的机织物结构三维模拟软件系统,在解决纱线弯曲、浮长模拟的基础上,通过工艺参数模块和上机图模块基本参数的输入,实现对机织物特别是复杂组织织物结构的三维模拟,可以任意角度、任意距离观察织物结构细节,为初学者理解织物组织结构及其形成提供具有沉浸式感官体验的学习工具;同时,该软件系统能够根据输入参数实时绘制三维机织物结构,为产品开发人员提供真实高效的研发工具。