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电子智能纺织品有哪些?

  电子智能纺织品是基于电子技术,将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用于纺织技术上而开发出的新型纺织品。电子智能纺织品的开发始于宇航员服装,现已扩展至国防及安保系统、医疗保健、运动健康及其他消费类纺织品领域,其商业化应用也日渐广泛,主要包括运动及健康监测、电致发光/发热、能量收集等领域。

  运动及健康监测类智能纺织品

  可穿戴式健康监测系统的最大优点是可在很长一段时间内进行不间断的实时监测。目前,各种纺织传感器已用于监测各种健康信号。如,著名高端内衣品牌Victoria's Secret(维多利亚的秘密)发布了智能运动文胸,内置心率带,可监测穿戴者的心跳;加拿大Hexoskin公司2016年推出了其称为“贴身数据实验室”的全新智能运动背心,可监测心率、呼吸、活动强度等数据,能够为用户提供体能训练、睡眠、日常活动时的数据。

  

 

  电致发光类智能纺织品

  目前,商业化的电致发光纺织品主要基于发光二极管、柔性有机发光二极管、聚合物光纤和发光聚合物 4 种材料。

  发光二极管(LED)具有效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可靠性高等传统光源不可及的优点,通过将LED嵌入到纱线中,可制成单色和彩色发光纺织纱线。

  

 

  柔性有机发光二极管(OLED)在柔性器件方面具有天然的优势,是可穿戴智能设备领域中的重要技术。目前,三星智能手机、苹果智能手表等中已经采用了该技术;我国柔宇科技首条类六代全柔性显示屏生产线也在2018年 6 月投产,生产的全柔性显示屏可以实现弯曲、折叠、卷曲,且卷曲半径小,广泛应用于智能穿戴、手机、平板电脑等产品以及智能交通、运动时尚、建筑装饰、机器人、办公教育等各行各业。   

  

 

  聚合物光纤(POF)由高透明聚合物材料制成,可应用在智能发光服装中。

  发光聚合物在智能服装中的应用还处于研发阶段。如CSEM(瑞士电子与微技术中心)的研究人员与精密织物供应商Sefar联合设计了一种采用发光聚合物的织物电极,这种柔性且透明的织物电极能以低成本卷对卷(R2R)工艺进行生产,织物基底中的金属丝具有高导电率,能够确保电极在较长距离仍具有高导电性。

  

 

   电致发热类智能纺织品

   目前商业化应用的纺织加热系统主要有金属丝及金属涂层纤维加热系统、添加导电填料的纤维加热系统、导电聚合物纤维加热系统和碳纤维加热系统。

   发热服装在市场上的应用较为广泛。如,Ardica发热夹克使用锂离子电池为导电纤维供电加热,能保持穿戴者温暖 3~8 h;warmX发热内衣采用银纤维加热系统,锂离子充电电池可供使用2.5~5.5 h;此外,美国Columbia(哥伦比亚)的发热外衣、Venture的发热外套及加热肩部治疗垫等产品也采用不同种类的导电纤维发热。这些产品的共同特点是都装配有加热垫、自动30 min安全计时器和个性化温度控制器。

  

 

  能量收集类智能纺织品

  智能纺织品的能量收集主要有光伏能量收集、压电能量收集和摩擦能量收集等 3 种方式。

  目前商业化的柔性太阳能电池光伏能量收集产品包括Eclipse Solar Gear的太阳能背包、Tommy Hilfiger的太阳能外套等。

  

 

  Piezo Films Kureha开创了第一个压电薄膜的商业化应用,其开发的KF Piezo利用一种独特的结晶聚偏氟乙烯(KF聚合物),具有卓越的压电性能。此外,宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学发明了压电能量收集鞋垫Solepower,该可拆开鞋垫内部有一个压电能量收集系统,允许电力储存在鞋外的电池组中,鞋垫步行 1 h的电量可提供手机充电2.5 h。

  

 

  智能纺织品的摩擦能量收集还处于研发阶段。韩国Sungkyunkwan大学的研究人员已经展示了一种具有高发电性能的柔性摩擦纳米发电机(WTNG)。其将聚二甲基硅氧烷(PDMS)建基于氧化锌(ZnO)纳米棒和银涂层的织物上,在互相摩擦时产生摩擦能量。

  

 

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