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0.409 5 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8 000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3 420 g/(m²·24 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。     

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。     

离子凝胶-织物基柔性压力传感器制备与应用

研制一种可以稳定响应的基于Ionogel-Textile（离子凝胶-织物）的可穿戴压力传感器。通过离子凝胶预聚液浸渍聚合，将传统棉织物转化为导电压阻复合材料，织物充当离子凝胶层的韧性支撑基体，补充脆性硅网络的压阻作用。该离子凝胶-织物复合材料具有灵敏的传感响应性和耐久性，在监测人体不同关节运动状态时，能连续输出稳定的电信号。此外，通过浸渍聚合的方法可以将所选区域朝向服装中特定接缝位置制作成压阻装置。这种离子凝胶-织物传感器为可穿戴压力传感设备提供一种潜在研究思路，有望推进柔性压力传感器向新兴的多样化技术辅助智能系统迈进。     

床垫材料支撑性能评价

床垫与人体的接触状态及支撑效果,会影响人体感知舒适性并进一步影响睡眠质量,对长期卧床的患者更可能是引起压疮的直接原因。对床垫材料的支撑性能的评价至关重要。选择6种典型的床垫材料,对它们进行了厚度压缩测试和床垫与人体接触体压分布测试。通过压强、压缩厚度曲线,结合床垫的人体体压分布测试结果,实现对人体与床垫接触压陷深度的预测,进而综合评价床垫材料的支撑效果。     

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。     

睡姿和床垫对人体睡眠舒适性的影响

本文对人体睡姿进行了分类总结,分析了不同睡姿对体压分布和脊柱形态的影响．并通过人体压力分布测量和脊柱形态测量来评估不同睡姿在床垫上的体压分布和脊柱形态情况,结果表明：不同的睡姿和不同床垫类型对体压分布和脊柱形态有不同的影响;体压分布和脊柱形态测量可用来评估不同睡姿对人体舒适性的影响,为床垫设计提供理论依据。     

平板压力下床垫经编间隔织物压陷性能与仿真

为了获得具有良好支撑性能和压力分布的床垫用经编间隔织物,对不同细度间隔丝的经编间隔织物进行压缩测试,并得到相应的应力-应变曲线,对织物压陷硬度、支撑因子等压陷性能参数进行分析,同时借助有限元进行仿真模拟得到压缩曲线和织物受力微观状态,并利用SPSS软件对其应力与间隔丝细度进行分析。结果显示：经编间隔织物的压缩可分为线性压缩、屈服和压溃3个阶段,其中屈服阶段是研究床垫用间隔织物压缩性能的重要阶段;经编间隔织物在压缩过程中,应力不仅随间隔丝细度和压陷深度的增加而增加,且应力与间隔丝细度呈高度相关,并随应变的增加相关性愈显著。     

基于全织物传感网络的温敏服装设计

为实现对人体皮肤温度的实时监测,在深入研究现有监测技术的基础上,结合人体不同部位皮肤温度分布存在差异,以及人们对温敏服装的可重复性及舒适性的要求,通过建立人体区域传感网络的阵列式排列模型与数据采集存储系统的设计方法,最终制备基于全织物传感网络的温敏服装。测试全织物温度传感网络的拉伸回复性,证明其具有较高的稳定性。测试温敏服装的温敏性并评估其可重复性和舒适性,证明其具有较高的灵敏度及良好的实用性。综合比较数据采集模块的实用性,最终开发出便携式数据采集存储系统。结合数据采集系统采用温敏服装实时监测人体皮肤温度,证明可通过人体温度的变化曲线追踪人体的呼吸状态,同时满足舒适性要求。     

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。     

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。     

碳纳米管修饰3D纤维网基压力传感器的制备及性能

为改善纤维基传感器灵敏度低和响应范围窄等问题,提出了一种以3D纤维网为基材,采用超声辅助浸渍碳纳米管修饰纤维表面,构建出了3D纤维网络结构的压阻式压力传感器。介绍了3D纤维网传感器的制备过程,并对所制备的传感器形貌结构、力学传感性能及应用进行了测试与表征。结果表明：碳纳米管修饰3D纤维网的传感器灵敏度为3.53×10^-3kPa^-1,具有较好的线性度和较高的灵敏度;检测范围达到200 kPa;响应时间和回复时间分别为153 ms和226 ms;经过2 000次循环施加压力测试表现出较好的稳定性和耐久性。该传感器能够用于监测人体的运动,如手指弯曲、手腕弯曲、手指点击和脚跟压力等,在可穿戴电子织物领域具有广阔的应用前景。     

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。     

纤维基自供能电子皮肤的构建及其应用性能研究进展

本文结合触觉传感型电子皮肤的组成结构,首先介绍了常用构筑材料的种类、性能特点及制备工艺,然后针对致密的薄膜基和橡胶基电子皮肤透气性差,长期穿戴易导致皮肤刺痒等问题,概述了可呼吸纤维材料作为电子皮肤基底层、电极层和传感层所具有的独特优势。其次,介绍了压电式和摩擦电式电子皮肤的触觉传感原理,不仅可以实现实时的压力响应,还可收集环境中的机械能转化为电能来实现自供能,有利于制备微型、轻量、柔性的可穿戴器件。最后,从制备方法、性能表征和功能应用等方面系统总结了近年来纤维基自供能电子皮肤在运动监测、医疗检测等多个领域的应用进展,并深入探讨了目前存在的问题与未来的发展方向。     

分区弹簧床垫对不同体型人群卧姿体压分布的影响

以分区弹簧床垫为实验研究对象,运用人体体压分布测试系统,从人体体型角度考虑,探究分区弹簧床垫对不同体型人群卧姿体压分布的影响。研究结果显示:卧姿体压分布与床垫类型和体型特征关系密切,中等和偏胖两种体型人群在五分区弹簧床垫上的体压分布较为合理。     

针织应力传感器的研究与应用进展

针织应力传感器是一种具有导电性能的纺织材料,作为服装面料时可随人体运动产生显著变形,将织物变形转换为电信号,利用针织应力传感器制备的服装可用于人体日常无感监测。文章从针织应力传感器的传感机理、制备方式及传感性能方面综述了针织柔性传感器的研究现状,从导电纱线、力学模型与性能参数设计方面探讨了当前针织应力传感器存在的主要问题,并阐述了针织应力传感器在人体生理信号监测及运动方面的应用,通过前期的研究对未来针织应力传感器的发展趋势进行了预测。     

外接互联及织物密度对织物基丝印汗液葡萄糖监测用传感系统电化学性能的影响

基于丝印技术制备织物基碳电极，并进行葡萄糖氧化酶的修饰。探究不同外接互联对织物基碳电极电化学性能的影响，再选取最优外接互联方式制备不同织物密度的电极传感系统，评价其电化学性能。结果显示：丝印织物基电极可用于葡萄糖监测用传感系统，利用双组分环氧导电胶胶接互联有利于传感系统获得长久且稳定的测试结果，且织物密度影响电极传感系统的电化学有效面积。同时，使用最优方案制备的葡萄糖传感系统灵敏度为302.86 (μA·L)/mol,在葡萄糖浓度为50～250μmol/L时其所获取的电流具有良好的线性响应性。该传感系统能够满足汗液中微小含量葡萄糖的检测要求。研究结果为汗液葡萄糖监测用传感系统在织物上的集成提供一定的试验基础。     

基于体压分布的床垫舒适性研究进展

为了探究影响床垫舒适性的相关因素,本文以体压分布为切入点,运用文献分析法探讨人、床垫因素与体压分布的相关性,以及体压分布对整体舒适性的影响。通过对比国内外研究发现,人的体型、年龄、卧姿以及床垫的硬度、材料等特性与压力指标的变化存在一些相关性,但是由于受个体差异和环境等因素的影响,在压力指标与床垫舒适性的相关性研究结果中存在一些差异。最后提出研究建议:可以通过建立床垫舒适性评价体系的方式,更好地评价床垫舒适性。     

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。     

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。     

镀银针织物电阻式压力传感器的制备及应用

柔性压力传感器在智能纺织和柔性机器人领域应用广泛,文中设计一种具有三维枕形多级结构的压阻式压力传感器,通过热黏合技术将镀银针织物和聚丙烯纤维组装成织物压力传感器。针织物固有的弹性针织结构和聚丙烯纤维集合体良好的回弹性发挥协同作用,使该压力传感器具有优异的传感性能,包括高灵敏度及优异的耐久性。此外,该压力传感器可以用来监测人体的生理活动,如睡姿和呼吸速率。该研究为监测儿童和老年人的生理活动提供一种新颖、方便的解决方案。