智能紡織品
關(guān)注創(chuàng)建者：晉源貔貅 創(chuàng)建時(shí)間：2018-08-23
智能紡織品的實(shí)例教程
托斯滕森說：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)解決方案，在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行測(cè)試并獲取數(shù)據(jù)：穿戴有這些新穎的紡織品的測(cè)試者走在街上、家里、任何其他地方的時(shí)候，才開始記錄他們的數(shù)據(jù)。”
特拉華大學(xué)的機(jī)械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項(xiàng)目中負(fù)責(zé)的是制造傳感器、優(yōu)化它們的靈敏度、測(cè)試它們的力學(xué)性能、并將它們集成到鞋子中。他已經(jīng)在進(jìn)行初步測(cè)試的人員身上佩戴了傳感器。他們到目前為止已經(jīng)獲取了兩種數(shù)據(jù)：傳感器收集的數(shù)據(jù)和需要花費(fèi)數(shù)千美元的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備壓力板收集的數(shù)據(jù)。
Doshi表示：“這種低成本的傳感器薄而且靈活，所以有可能制造出集成有電子產(chǎn)品的定制鞋類和服裝，用來存儲(chǔ)日常生活中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。研究人員或治療師可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評(píng)估運(yùn)動(dòng)效果或者降低醫(yī)療成本。”這項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、手術(shù)后恢復(fù)以及評(píng)估兒童運(yùn)動(dòng)障礙方面也有很大的應(yīng)用前景。
位于威爾明頓的阿爾弗雷德·杜邦兒童醫(yī)院兒童臨床研究和發(fā)展中心主任、特拉華大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)院的附屬生物醫(yī)學(xué)工程和生物科學(xué)系教授羅伯特·阿金斯說：“想要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)環(huán)境中收集兒童的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是很有挑戰(zhàn)性的。這種薄薄的、靈活的、高度敏感的傳感器可以幫助物理治療師和醫(yī)生遠(yuǎn)程評(píng)估孩子的運(yùn)動(dòng)情況。這意味著臨床醫(yī)生可以收集更多的數(shù)據(jù)，并可能以一種成本效益更高的方式收集到更好的數(shù)據(jù)，而不需要病人像傳統(tǒng)的方法那樣頻繁地出入診所。”
跨學(xué)科的合作對(duì)于發(fā)展未來應(yīng)用是至關(guān)重要的。工程師在特拉華大學(xué)有一個(gè)能夠同教師和學(xué)生合作交流的獨(dú)特機(jī)會(huì)。這些老師和同學(xué)來自特拉華大學(xué)的健康科學(xué)學(xué)院，負(fù)責(zé)科學(xué)、技術(shù)和校園先進(jìn)研究（STAR）項(xiàng)目的工作。
Doshi表示：“我們作為工程師能夠開發(fā)出新的材料和傳感器，但我們并不總是完全理解醫(yī)生、理療師和病人所面臨的關(guān)鍵問題。
展開 托斯滕森說：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)解決方案，在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行測(cè)試并獲取數(shù)據(jù)：穿戴有這些新穎的紡織品的測(cè)試者走在街上、家里、任何其他地方的時(shí)候，才開始記錄他們的數(shù)據(jù)。”
特拉華大學(xué)的機(jī)械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項(xiàng)目中負(fù)責(zé)的是制造傳感器、優(yōu)化它們的靈敏度、測(cè)試它們的力學(xué)性能、并將它們集成到鞋子中。他已經(jīng)在進(jìn)行初步測(cè)試的人員身上佩戴了傳感器。他們到目前為止已經(jīng)獲取了兩種數(shù)據(jù)：傳感器收集的數(shù)據(jù)和需要花費(fèi)數(shù)千美元的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備壓力板收集的數(shù)據(jù)。
Doshi表示：“這種低成本的傳感器薄而且靈活，所以有可能制造出集成有電子產(chǎn)品的定制鞋類和服裝，用來存儲(chǔ)日常生活中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。研究人員或治療師可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評(píng)估運(yùn)動(dòng)效果或者降低醫(yī)療成本。”這項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、手術(shù)后恢復(fù)以及評(píng)估兒童運(yùn)動(dòng)障礙方面也有很大的應(yīng)用前景。
位于威爾明頓的阿爾弗雷德·杜邦兒童醫(yī)院兒童臨床研究和發(fā)展中心主任、特拉華大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)院的附屬生物醫(yī)學(xué)工程和生物科學(xué)系教授羅伯特·阿金斯說：“想要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)環(huán)境中收集兒童的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是很有挑戰(zhàn)性的。這種薄薄的、靈活的、高度敏感的傳感器可以幫助物理治療師和醫(yī)生遠(yuǎn)程評(píng)估孩子的運(yùn)動(dòng)情況。這意味著臨床醫(yī)生可以收集更多的數(shù)據(jù)，并可能以一種成本效益更高的方式收集到更好的數(shù)據(jù)，而不需要病人像傳統(tǒng)的方法那樣頻繁地出入診所。”
跨學(xué)科的合作對(duì)于發(fā)展未來應(yīng)用是至關(guān)重要的。工程師在特拉華大學(xué)有一個(gè)能夠同教師和學(xué)生合作交流的獨(dú)特機(jī)會(huì)。這些老師和同學(xué)來自特拉華大學(xué)的健康科學(xué)學(xué)院，負(fù)責(zé)科學(xué)、技術(shù)和校園先進(jìn)研究（STAR）項(xiàng)目的工作。
Doshi表示：“我們作為工程師能夠開發(fā)出新的材料和傳感器，但我們并不總是完全理解醫(yī)生、理療師和病人所面臨的關(guān)鍵問題。
展開 智能紡織品應(yīng)運(yùn)而生，智能纖維作為智能紡織品的一部分，是指既能夠感知到外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)變化、刺激，并能夠做出反應(yīng)（ 響應(yīng)） 的纖維，是真正意義上的智能可穿戴產(chǎn)品。遺憾的是傳統(tǒng)服裝行業(yè)的纖維雖然具有各種優(yōu)良性能，但并不具有導(dǎo)電性，所以無法實(shí)現(xiàn)智能化。
自古以來，中國(guó)生產(chǎn)的絲綢以其色澤光麗、質(zhì)地柔軟的特性，深受各國(guó)人民的喜愛。中國(guó)是蠶絲的發(fā)源地，種桑養(yǎng)蠶制絲織綢是我國(guó)古代對(duì)世界物質(zhì)文明和精神文明的重大貢獻(xiàn)。在智能紡織品萌芽和發(fā)展的今天，如能賦予桑蠶絲新的功能，無疑會(huì)為絲綢業(yè)的發(fā)展注入新的活力。然而，目前報(bào)道的再生蠶絲往往具有脆性，這限制了其在柔性電子紡織品中的實(shí)際應(yīng)用。
為了開拓桑蠶絲在智能纖維領(lǐng)域的運(yùn)用，清華大學(xué)的張瑩瑩課題組利用靜電紡絲技術(shù)將桑蠶絲材料與碳納米管相結(jié)合，成功在蠶絲纖維中嵌入了超強(qiáng)導(dǎo)電的碳納米管纖維，從而制得了超柔、超輕、超強(qiáng)的桑蠶絲纜線。此外，研究人員展示了這種智能蠶絲的防水濺功能。進(jìn)一步的，他們展示了這種纖維在柔性電子織物中的運(yùn)用，所得的電子織物具備了智能變色、無線充電等功能。
▲導(dǎo)電蠶絲制備示意圖
該導(dǎo)電桑蠶絲表現(xiàn)出高電導(dǎo)（31000 S/m）、高機(jī)械強(qiáng)度（16 cN/tex）、優(yōu)異的耐疲勞性（1000次彎曲）和耐濕性（RH=70%）。作為柔性電子織物，該導(dǎo)電桑蠶絲還具有良好的透氣性和質(zhì)輕的特點(diǎn)。加之桑蠶絲本身的天然材料屬性，這種桑蠶絲在穿戴電子織物中具有很大優(yōu)勢(shì)。
此外研究人員表示，這種利用靜電紡絲制備包芯結(jié)構(gòu)纖維的方法也可用于制造其他功能纖維。期待該類智能纖維有朝一日為傳統(tǒng)紡織產(chǎn)業(yè)帶來顛覆性的變化。
展開 這種新型“人造肌肉”，不僅可以用于智能織物，在柔軟機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域也將大有可為。論文日前發(fā)表于材料領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》(AdvancedFunctionalMaterials)。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808241
如果有件智能衣服，可以感知皮膚表面濕度，出汗時(shí)長(zhǎng)袖變?yōu)槎绦洌垢珊笥只謴?fù)如初，那將多么神奇。如今，人們?cè)?em>智能紡織品的開發(fā)方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，制造出來的紡織品具有能量?jī)?chǔ)存、自清潔、顏色變化、溫度和濕度調(diào)節(jié)等新型功能。“如果紡織品能夠?qū)穸软憫?yīng)，通過調(diào)節(jié)宏觀形狀或孔隙率實(shí)現(xiàn)水分和熱量管理，將會(huì)為人們提供更多的舒適體驗(yàn)。這一設(shè)想，引起了我們極大的興趣。”劉遵峰說。
劉遵峰團(tuán)隊(duì)利用天然純蠶絲制備了一種新型的“人工肌肉”纖維，不使用化學(xué)修飾和添加劑，通過脫膠、加捻、合股、熱定型等常規(guī)工業(yè)流程制作獲得。蠶絲“人工肌肉”在水霧和濕度驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)、拉伸和收縮致動(dòng)。為了不需要外界固定就能實(shí)現(xiàn)可逆驅(qū)動(dòng)，劉遵峰團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種扭矩平衡的纖維結(jié)構(gòu)，通過將扭曲的纖維對(duì)折、合股，使得蠶絲纖維實(shí)現(xiàn)了自平衡。
研究人員用蠶絲伸縮肌肉編織了一件玩偶大小的智能上衣，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境濕度增加時(shí)(例如，由于汗水或潮濕環(huán)境)，智能上衣的衣袖長(zhǎng)度收縮至原長(zhǎng)度的一半；濕度下降時(shí)又恢復(fù)如初。這種水分敏感的紡織品，可以通過改變宏觀形狀非常有效地實(shí)現(xiàn)水分和熱量的管理功能。
“由于蠶絲應(yīng)用廣泛且具有優(yōu)異的穿戴舒適性，蠶絲‘人工肌肉’的制作流程符合當(dāng)前工業(yè)化程序，不需要化學(xué)修飾和額外的添加劑，我們預(yù)計(jì)它將在工業(yè)應(yīng)用中開辟更多的可能性，例如智能紡織品和柔性機(jī)器人。”
展開 英國(guó)《自然》雜志8月8日發(fā)表了一項(xiàng)材料學(xué)最新研究成果：美國(guó)麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)通過一種新型制造方法，將發(fā)光二極管（LED）和傳感器直接織入了紡織級(jí)聚合物纖維中。該工藝可用于開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)光通訊和健康監(jiān)測(cè)的新型可穿戴技術(shù)。
圖片來源：《自然》
能夠發(fā)射或探測(cè)光的半導(dǎo)體二極管是通訊和傳感器技術(shù)的基本構(gòu)件。如果能將它們?nèi)谌肟椢镏校瑒t有望創(chuàng)造出新型可穿戴電子設(shè)備。然而事實(shí)證明，要將半導(dǎo)體器件的功能與基于纖維的紡織品的可擴(kuò)展性結(jié)合起來，實(shí)屬一件棘手的事。
麻省理工學(xué)院研究人員Yoel Fink及其同事，此次從一塊較大的聚合物預(yù)制件著手，將半導(dǎo)體器件嵌入預(yù)制件的中空通道。然后，一邊將導(dǎo)線穿進(jìn)中空通道，一邊加熱并拉伸該預(yù)制件，從而形成延展的纖維束。這樣一來，電連接的光發(fā)射或光探測(cè)二極管在纖維束內(nèi)軸向均勻地分布開來。該工藝具有內(nèi)在可擴(kuò)展性，可以制造出數(shù)百米長(zhǎng)的功能性纖維。一旦經(jīng)過拉伸處理，這些纖維就可以很容易地織進(jìn)織物中。
研究團(tuán)隊(duì)將這些二極管纖維放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的家用洗衣機(jī)中轉(zhuǎn)十圈，發(fā)現(xiàn)其性能沒有受損，證明了它們的耐用性。他們還表明，可以在包含光探測(cè)和發(fā)光纖維的兩種紡織品之間建立起雙向光通訊鏈接。不僅如此，這種智能紡織品也可用于測(cè)量穿戴者的心率。
研究人員總結(jié)表示，這種新型制造工藝使人們能夠制造出具備更多先進(jìn)功能的紡織品，智能紡織品和可穿戴技術(shù)或?qū)⒆裾兆陨淼摹澳柖伞保兊萌找婢堋?/span>
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智能紡織品的最新內(nèi)容
新興的氣凝膠纖維/織物繼承了氣凝膠的三維多孔結(jié)構(gòu)和纖維的柔韌性，以其輕質(zhì)、高孔隙率和多集成功能在智能溫控紡織品中顯示出巨大的潛力。高孔隙結(jié)構(gòu)可以使氣凝膠纖維具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(23-50 mW/mK)，極大地抑制了熱損失。因此，氣凝膠纖維及其復(fù)合織物在個(gè)人熱管理方面顯示出巨大的潛力。
來源 | Nano Energy
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背景介紹
戶外活動(dòng)對(duì)人體健康至關(guān)重要，給人類的身心帶來諸多益處。一般來說，戶外運(yùn)動(dòng)愛好者在進(jìn)行長(zhǎng)期徒步旅行或其他體育活動(dòng)時(shí)需要注意各種天氣問題(如雪、雨和風(fēng))。極端天氣條件很容易導(dǎo)致身體不適，體溫下降等問題。由于大多數(shù)電子可穿戴設(shè)備是由傳統(tǒng)電池供電的，它們不具有可持續(xù)性，并且不方便在戶外充電/維護(hù)。開發(fā)具有自供電傳感器的戶外可穿戴設(shè)備對(duì)于解決廢棄電池的不可持續(xù)性和潛在的環(huán)境污染問題非常重要
在本綜述中，作者探討了光熱調(diào)節(jié)技術(shù)在太陽(yáng)能加熱(如蒸發(fā)、催化、發(fā)電和執(zhí)行器)、被動(dòng)冷卻(如冷卻建筑物和紡織品、冷凝水和增強(qiáng)能源產(chǎn)生)以及智能紡織品和建筑的加熱/冷卻調(diào)節(jié)等方面的潛在前景。
圖5 光熱調(diào)控在環(huán)境和能源領(lǐng)域的應(yīng)用。
來源 | ACS Nano
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背景介紹
隨著化石燃料燃燒產(chǎn)生的溫室氣體迅速增加，近年來，全球極端天氣越來越頻繁。惡劣的天氣會(huì)影響人體的熱舒適性，導(dǎo)致中暑、皮膚損傷，甚至死亡。雖然已開發(fā)出各種主動(dòng)熱管理系統(tǒng)，如空調(diào)等能源密集型產(chǎn)品，但其不方便便攜式使用。因此，開發(fā)被動(dòng)式高性能熱管理紡織品尤為重要，它既能提高個(gè)人的熱舒適度
然而，盡管智能熱調(diào)節(jié)紡織品取得了重大進(jìn)展，但還應(yīng)進(jìn)一步努力提高舒適性和大規(guī)模生產(chǎn)。
然而，盡管智能熱調(diào)節(jié)紡織品取得了重大進(jìn)展，但還應(yīng)進(jìn)一步努力提高舒適性和大規(guī)模生產(chǎn)。
圖16.NPCMs用于人體的熱調(diào)節(jié)。
POM材料提供室內(nèi)和室外人體冷卻，并為下一代智能紡織品的合理設(shè)計(jì)和其他支持可持續(xù)性的應(yīng)用引入了新的可能性。研究成果以“An all-weather radiative human body cooling textile”為題發(fā)表于《Nature Sustainability》。
到目前為止，人們主要研究它們的機(jī)械和電氣性能，用于取代碳纖維和在智能紡織品中的應(yīng)用。然而，它們?cè)跓釕?yīng)用中也有很大的應(yīng)用前景。氧化石墨烯(GO)纖維可以通過將液晶氧化石墨烯分散體放入混凝劑中通過濕紡來制備。然后將組裝好的氧化石墨烯纖維還原成石墨烯纖維，并可能進(jìn)行退火。
3.5 個(gè)人熱管理
隨著人們?cè)絹碓阶⒅責(zé)崾孢m性，可穿戴電子設(shè)備及智能紡織品的出現(xiàn)催生了個(gè)人熱管理技術(shù)的發(fā)展。該技術(shù)聚焦于將個(gè)人體溫調(diào)節(jié)功能融入日常服裝設(shè)計(jì)中。將輻射制冷技術(shù)理念中對(duì)人體紅外波段的輻射或太陽(yáng)輻射的調(diào)控與個(gè)人熱管理技術(shù)相融合，衍生出了多樣的可穿戴織物，一般包括以下幾類:
1)靜態(tài)織物。該類織物可通過添加納米金屬顆粒層或多層纖維結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波段輻射的調(diào)控。
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，最近，一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種完全基于編織工藝的智能紡織品顯示器
