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电子智能纺织品的发展现状及应用展望(一)——电子智能纺织品的工作原理和发展历程
发布者:产业用及无纺布展 | 发布日期:2021/8/23 14:26:34

 

  智能纺织品是贯穿纺织、电子、信息、生物、医学、新能源等多学科综合技术,能够感知人体与环境信号变化,并通过反馈机制主动做出响应的一类新型纺织品。近年来,随着电子产品的微型化、柔性化以及纺织科技的发展,电子智能纺织品作为一种开发和应用最为广泛的智能纺织品而不断丰富产品品类、拓宽应用领域,逐渐被市场和消费者所接受,成为纺织服装未来的重要发展方向之一。为此,本编辑部特设“电子智能纺织品的发展现状及应用展望”专题,计划通过5~6期微信专题,从电子智能纺织品原料、技术、系统设计、市场应用等角度向读者进行介绍与科普。
  
  随着科技的进步和生活水平的提高,人们对纺织品的功能性和智能化要求大大提高,促使纺织品向多功能和智能化方向发展。这一发展方向也伴随着电子信息技术的应用,使得运用电子元件的智能纺织品,即电子智能纺织品,成为智能纺织品发展领域的焦点之一。尤其是近年来柔性电子器件,包括柔软的传感器、开关、电子线路、导电纱线等的引入,及其与纺织品的整合,催生了穿着性能更佳的电子智能纺织品,并拓展应用领域至各行各业,包括民用、军用、医用、航天等,具有很大的发展潜力和前景。

 

 

  电子智能纺织品的工作原理
  
  大部分电子智能纺织品主要由微型传感器、微处理器、执行器、可携带微型电池组成。传感器能够感知微信号发射源,包括光、声音、温度、动作等,并把这些微信号发射源产生的不同微电压信号传送到微处理器进行运算处理,处理后的电信号再传送到执行器进行功能性操作。电子智能纺织品的执行器一般由微型电开关连接不同功能的微型器件组成,包括电发热纤维、微型LED发光器件或者能产生动能的微型电机等。

 

 

  智能纺织品的基本原理 

 
  电子智能纺织品的发展历程
  
  第 1 代电子智能纺织品,又可称为被动智能纺织品(Passive Smart Textiles),其只能根据传感器感知环境,只提供穿着者的相关信息,例如温度等。图中所示为两种采用金属丝编织的温度传感器,可用于人体体征相关数据的采集。

 

(a)采用混入铜丝的涤纶纱线                                             (b)铜丝与涤纶单丝交织
  采用金属丝编织的温度传感器


  第 2 代电子智能纺织品,又可称为主动智能纺织品(Active Smart Textiles)。其同时具有传感器和执行器装置,传感器感应环境所产生的刺激信号,并将刺激信号直接传送到执行器,执行器按指令进行简单的控制。下图所示为同时具备传感器与执行器的第 2 代电子智能纺织品在袜子中的应用,其中传感器可以监测整个脚上的压力分布,从而驱动执行器灵活地适应不同的脚部形状。此外,这种具有传感和执行器功能的电子智能纺织品还常用于主动调节温度等的智能服装中。

 

      
具备传感与执行功能的智能袜子


  第 3 代电子智能纺织品,又可称为“非常聪明”的纺织品(Very Smart Textiles)。它配有传感器、微处理器、执行器,能够通过微处理器对传感器感应到的信息进行智能判断,自动调节到最适合条件所需执行的控制;同时,也可以实现把信息通过网络传送到中央系统进行必要的广播和控制的功能,从而达到安全、智能、功能调制的目的。下图所示为一款具备智能温度调节功能的服装,其工作原理是:传感器感测外部环境变化并将信号传递给微处理器,微处理器通过服装中的加热元件来控制/调节体温至舒适和安全水平。
  
  

  
  具备智能温度调节功能的服装