电子智能纺织品的研究进展_李昕
能，使无生命的材料具有越来越多的生物特有的属性。 智能纺织品和智能材料特点类似，它需要有感知单元、 反馈单元和响应 （执行 ） 单元， 这也是判断是否是智能纺 织品的重要依据。目前对智能纺织品分类， 多数是按照 美国 R．E．Neunham 教授对智能纺织品的分类方法进行 分类， 智能纺织品可分为三类， 分类方法见表 1。而根据 师昌绪院士的定义， R．E．Neunham 教授分类体系中的消 极智能纺织品并不属于智能纺织品，应属于功能纺织 品， 因其不具备反馈单元、 响应 （执行 ） 单元。
表2
应用实例的划分多有歧义的地方。 因此今后研究应着重 电子智能纺织品基础概念研究。 挖掘反应传递方式的本 质， 制定出学术界公认的统一电子智能纺织品定义和划 分方法， 是电子智能纺织品研究的当务之急。
电子智能纺织品分类
服装， 根据使用目的的不同， 可以在纤维中加入不同的 电子元件， 从而使服装具有了不同的功能。 把具有传导性的光纤与一般纤维交织， 变成了具有 感应装置的布料， 通过这种方法可制成轻柔型感应装置 德国半导 或开关， 服装的可穿性就大大提高。2002 年， 体设备制造商 Infineon Technologies 公司在日本发布了 ［6］ 可穿戴的 “MP3 播放夹克” 。 这种 MP3 播放夹克采用了 可穿戴电子技术，将微电子芯片植入衣服纤维之中 。 2005 年，德国半导体设备制造商 Infineon Technologies 公司改进了 “MP3 外衣” 设计 ［7］， MP3 外套的左手前臂袖 子多了一排 “纺织键盘 ” ， 由电线连接的导电织品做成 。 2010 年， 英国 Eleksen 与 Spyder 公司一起开始销售带有 ElekTex 电子织物嵌入物的运动服 ［8］， ElekTex 保持了传 统织物的性能， 例如材料可以揉软、 扭折和擦洗。 普通的 导电材料与服装材料织成的电子智能织品磨损很快， 易 脆， 穿在身上不舒服。因此 ProeTEX 项目以创新的方式 把自然纤维和纳米技术生产的纤维结合在一起， 制成的 服装柔软且电流传导率大大提高。 虽然目前传导性纤维、 纳米技术的发展已经使电子 智能纺织品在纺织品的质地、 外观以及穿着舒适性有了 大幅度的提高， 但是在电子智能纺织品成为电子产品与 服装领域的消费主流之前， 仍需克服很多问题， 如灵活 性、 使用寿命、 可洗性与稳定性， 而成本也是重要的因素 之一。
表1 智能纺织品分类方法
&’ !"#$ % ()*#$* +,-./0$
1
电子智能纺织品概念界定
1．1 智能纺织品概念界定 智能纺织品是现代科学技术与传统纤维素或化学 纤维融合派生出的新型纺织品。 智能纺织品除能够感知 外界环境或内部状态发生变化，同时还保留着自身材 料、 纺织品的风格和技术特征。 智能纺织品是指纤维、 布 料及成衣对外界刺激如温度 、 湿度 、 光线 、 压力 、 电子磁 场等因素， 有感知并做出反应 ［1］。 智能纺织品中包括智能材料、 智能织物、 智能服装。 我国师昌绪 ［2］院士指出智能材料是将高技术的传感器 和执行元件与传统材料结合在一起，赋予材料新的性
收稿日期： 2013－09－04 作者简介： 李昕 （1989－ ） ， 女， 硕士研究生， 主要从事电子智 能纺织品研究。
电子智能纺织品概念界定 电子智能纺织品是传感 、 通讯 、 人工智能等高科技 手段应用于纺织品技术上而开发出的新型纺织品。 作为 智能纺织品的一个分支， 电子智能纺织品同样具有智能 纺织品的基本特点， 有感知单元 、 反馈单元和响应 （执 行 ） 单元， 即能够对待外界的刺激感知并做出反应。 对一 些文献中出现的电子智能纺织品案例按照 R．E．Neun－ ham 教授 、 师昌绪院士的定义分类如表 2。在查阅相关 文献时，发现电子智能纺织品的研究范畴中定义模糊， 根据师昌绪院士将导电纤维织物划分为功能纺织品， 而 在相关文献中，均认为导电纤维织物是电子智能纺织 品。 关于音乐衬衫、 生理参数遥测服装、 GPS 定位服装的 1．2
3
电子元件与智能纺织品连接技术
电子元件与智能纺织品的尺寸相差很大， 如何将电 子元件美观地与智能纺织品相融合一直是科学家探索
52
专题与论述
轻纺工业与技术
2013 年 12 月 第6期 （总 165 期 ）
的问题。 目前连接技术有两种， 即刺绣、 编织技术和涂层 技术， 这两种方式都各有优缺点。 3．1 刺绣、 编织技术 刺绣技术是电子元件与智能纺织品连接技术发展 最为成熟， 也是应用最广泛的连接技术。刺绣技术就是 将电子元件通过刺绣的方式附着在智能纺织品上。 早期 的刺绣技术只是单纯的将电子元件和智能纺织品连接 起来， 没有考虑到美观性， 而随着人们对电子智能纺织 品美学性能要求的提高， 越来越多的电子智能纺织品在 具有功能性的同时，也具有一定的美观性 。 2005 年， Torsten Linz 等使用刺绣工艺将柔性电路板上的传感器、 处理器用可导纱线相互连接， 并用注塑（Mold Encapsu－ lation ） 工艺封装 ［9］， 但是美观性还有待提高。2012 年， 多 ［10］ 伦多大学开发了一种 Blanky 毯子 ， 这个毯子可随时 输出自己所在的时间和空间位置。 创作者利用传统刺绣 技术和形象化的设计， 将如动物 、 植物或其他， 融入 “自 电子纺织品， 形成电子元件和功能设计的一部分， 而 然” 不是附加上， 大大提高美观性。 智能面料与智能电子元件复合纺织品的出现推动 了编织连接技术的发展。 将用于传导电能和数据的可导 纤维编织到面料中， 满足可穿戴性能。可穿戴性能包括 耐久性 （耐拉伸， 耐洗） 、 可弯曲性穿着 、 耐洗涤等特性 。 法国科学家设法把微小太阳能植入到纤维中， 聚成皮芯 结构太阳能电池纱， 已经能够批量生产 ［11］。美国 Sensa－ tex 公司研制出一款智能衬衫， 它可以监视心率 、 体温 、 呼吸以及消耗了多少卡路里的热量， 看来就像一件柔软 的罗纹棉针织衫， 实际上由导电纤维与棉纤维交织在一 起形成 ［12］。 关于刺绣、编织连接技术相较的优劣性， Journal of Intelligent Material Systems and Structures ［13］ 一文 中 对 比 了融合光纤与纺织品一起的两种刺绣方式和一种编织 方式的优劣。图 3 为这三种连接方式， 其中红色线为光 纤，其余的蓝色线为普通纺织用纱线， Canvas 为编织方 式， 而 Soutage 和 Schiffli 为刺绣方式 。Canvas 编织方式 是常用的编织结构，编制结构能够精确排列纤维的位 置， 但由于平躺在纱线结构中， 光纤纤维直径变小， 灵活 性变差， 降低了有效的光电传输。 而两种刺绣技术， 将光 纤灵活放置在纤维表面， 增大了纤维的灵活性和提高了
专题论述
轻纺工业与技术
2013 年 12 月 第6期 （总 165 期 ）
电子智能纺织品的研究进展
李 昕
（东华大学服装学院， 上海 200051 ）
【摘要】电子智能纺织品是电子技术与现代纺织技术融合的新型智能纺织品， 为目前国内外研究热点。现从概念界 定、 发展阶段、 连接技术方面对电子智能纺织品的发展现状进行探究， 并探索目前电子智能纺织品在基础研究和产业研 究方面的局限性， 最后对电子智能纺织品 未来 发 展方 向 进行了 思考 ， 为 今 后的 电 子智 能纺织品的研究 奠 定一 定 的理 论 基础。 【关键词】智能纺织品； 电子元件； 连接技术； 涂层技术 Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2013.06.019 中图分类号：TS106.5+99 文献标识码：A 文章编号：2095-0101 （2013 ） 06-0051-03
0
引 言
随着社会的进步和科学技术的发展， 作为与人类密 保暖和视觉美观 切相关的纺织品已不仅仅只具有御寒、 的功能， 人们对纺织品的功能性 、 智能性有了更高的要 求。电子智能纺织品作为智能纺织品的一种， 是电子技 术与现代纺织技术融合的新型智能纺织品。近年来， 国 内外研究机构虽已大力开发这一领域， 却基本停留在产 品开发阶段， 对电子智能纺织品理论研究也尚未形成体 系。 现通过对电子智能纺织品的概念界定、 发展阶段、 连 接技术探究， 探索电子智能纺织品在基础研究和产业研 究方面的局限性，最终提出电子智能服装的发展方向， 其研究结果对今后的理论研究或产品开发起到重要作 用。
有效的光电传输，但是刺绣技术接连的纤维不耐磨、 易 损， 且耗时长， 不能大规模工业化生产。 而利用编织技术 为连接方式的智能纺织品的光电传输性能差是今后亟 待解决的问题。 3．2 涂层技术 为提高织物的传导性能， 人们利用掺杂导电聚合物 电阻率大为降低的特点， 将导电聚合物作为导电层覆盖 在高聚物纤维的表面，从而使其具有导电性 。 例如， White ［14］等人采用电化学的方法在某种高聚物纤维的表 面形成导电有机聚合物—— —聚苯胺的涂层， 从而改善纤 维的导电性。这种方法简便易行， 但这种表面涂层只是 覆盖在基质纤维表面， 并不能均匀分布在整根纤维的截 面上， 且涂层后的织物耐用性、 耐水洗性均会降低， 织物 手感变差， 穿着舒适性也降低。
!"# 123456+, ABCDE+, H+IJKL UV WX+,
$%&’()*+,-./0 ! 789124:;<=>? $FGDE MNOPEQRSHT 789P124:;<=4:YZ [\]=^6_U‘aGZ KLb cdefgPhij^6_ opn_qrst uG vbcwxZ yz:{|6=P}?~ 9U ~
51
2013 年 12 月 第6期 （总 165 期 ）
轻纺工业与技术
专题与论述
划分， 除施楣梧 ［3］明确指出为功能纺织品， 其余文献 ［4］均 归为电子智能纺织品研究范畴。 产生歧义现象的原因是 由于对反应方式认知不同而产生的划分方法的不同。 因 此电子智能纺织品的划分方法还有待讨论。 电子智能纺织品定义的不统一， 导致目前研究中对
智能纺织品研究论文
智能纺织品研究论文摘要本文就已开发成功或正在设计、研制、开发的智能型纺织品作了介绍，其中包括光响应类纺织品、热调节类纺织品、结合电子技术类纺织品，并对智能纺织品今后的研究方向做了简要的叙述。
关键词智能纺织品研究进展一、概述所谓智能纺织品是指对外界刺激具有感知能力或兼具反应能力的纺织品。
其中，对外界刺激具有感知能力的纺织品主要指光导纤维纺织品以及导电纤维纺织品；对外界刺激兼具反应能力的纺织品主要指形状记忆纺织品、变色纺织品、防水透湿纺织品、蓄热调温纺织品以及吸湿放热纺织品。
由于这类纺织品具有较高的附加值，故有必要对其进行深入研究和开发。
本文根据现有资料及信息，对己开发成功或正在设计、研制、开发的智能型纺织品作简要介绍，期望引起同行对这一领域的进一步关注。
二、各类智能纺织品（一）光响应类纺织品这类纺织品主要由自发光纤维所制得。
自发光纤维，是一种刚刚兴起的功能性纤维，目前仅在日本、美国有小批量的生产，一般是在合成纤维生产过程中加入少量的蓄光剂(主要成分为氧化铅和一些稀土元素，平均粒度在2μm~3μm)。
产品经光线照射10min~20min，即可持续发光8h~10h，颜色多种多样，有黄、绿、蓝等。
如美国Beaverindustries和Glo~Tech两大公司就分别以Glosafety和Glo~Tech商标名出售其自发光产品。
变色纺织品是一种能随环境和温度而自动改变颜色的纺织品，在阳光下鲜艳夺目，在绿荫下柔和自然，在室内朴素淡雅，其原理是纤维和纺织品采用光敏染料染色。
如士兵穿上它，在树林里变成绿色，在草原上变成草黄色。
在近红外夜视仪、激光夜视仪、电子形象增强仪、黑白胶片和彩色胶片等器材和侦视技术面前会产生错觉，不易被敌方发现，以达到隐蔽自己、迷惑敌人的目的。
（二）热调节类纺织品温度调节方面主要可分为凉爽功能纺织品、保温功能纺织品和自动温度调节纺织品三大类，分别介绍如下。
1、凉爽功能纺织品凉爽功能中最有代表性的就是美国杜邦公司用于生产cool-max织物的四沟道(Tefrachannel)聚酣纤维，它具有优良的芯吸能力，是将疏水性合成纤维制成高导湿能力的纤维。
仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展
第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０２０３２仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展张㊀蕊１ꎬ郑莹莹１ꎬ董正梅１ꎬ张㊀婷２ꎬ沈利铭２ꎬ王㊀建１ꎬ３ꎬ邹专勇１(１.绍兴文理学院ꎬａ.纺织服装学院ꎻｂ.浙江省清洁染整技术研究重点实验室ꎬ浙江绍兴㊀３１２０００ꎻ２.浙江喜临门软体家具有限公司ꎬ浙江绍兴㊀３１２０００ꎻ３.江南大学纺织科学与工程学院ꎬ江苏无锡㊀２１４１２２)㊀㊀摘㊀要:为进一步推动仿生技术在纺织领域的应用ꎬ并拓宽仿生智能织品的应用领域ꎬ对近几年国内外仿生设计纺织品的研究和发展现状及应用进行综述ꎮ首先介绍了基于仿生设计的隔热纺织品ꎬ归纳了仿动物毛发中空结构㊁羽绒分支结构以及其他生物结构的隔热纺织品ꎻ简要概述了仿生蝴蝶翅膀和仿其他生物结构的结构生色纺织品ꎻ然后分析了基于仿生设计的超疏水纺织品ꎬ总结了仿荷叶㊁水黾腿以及其他生物结构的超疏水纺织品ꎻ阐述了受人体皮肤结构启发的智能纤维以及受自然界中不同动植物结构启发的仿生智能传感纺织品ꎻ最后总结了仿生智能纺织品在多个领域的潜在应用ꎬ并展望其未来发展方向ꎬ以期为仿生设计智能纺织品的广泛应用提供理论和技术参考ꎮ关键词:仿生设计ꎻ智能纺织品ꎻ隔热纺织材料ꎻ超疏水纺织品ꎻ结构生色纺织品ꎻ智能纤维中图分类号:ＴＳ１０６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣０２２６￣１５收稿日期:２０２３０２２３㊀网络出版日期:２０２３０６０７基金项目:绍兴文理学院研究生校级科研项目(Ｙ２０２２０７０６)作者简介:张蕊(２０００ )ꎬ女ꎬ山东菏泽人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事纤维基传感器件方面的研究ꎮ通信作者:王建ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｊｗａｎｇ＠ｕｓｘ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀自古以来ꎬ自然界就是人类各种技术灵感和重大发明的源泉ꎮ种类繁多的生物界经过亿万年的进化过程ꎬ使生物体具有优异的结构功能来适应环境的变化ꎬ从而得到生存和发展ꎮ人类长时间的生产实践促进了思维的发展ꎬ人类的智慧不仅仅停留在生存以及认识生物类群上ꎬ而且还运用人类所特有的思维向自然学习ꎬ并设计模仿生物结构或形态ꎬ通过创造性的劳动提高自身的能力[１￣２]ꎮ人类从生物体优异的结构功能中获得启发ꎬ通过模仿生物体的结构㊁形态㊁功能和行为来解决当今所面临的技术问题[３￣４]ꎬ是人类又一伟大的进步ꎮ对于纺织行业而言ꎬ通过对纤维材料进行仿生设计是获得性能优异纺织品的一个重要方法[５￣６]ꎮ智能仿生纺织品主要是受自然界生物体结构和性能的启发来设计的能对外部环境刺激做出反应的纺织品ꎬ使所制备的智能纺织品获得由这些特殊结构带来的优异功能[７￣８]ꎮ随着智能技术和生物科学的不断进步ꎬ仿生技术已经有了很大的发展ꎬ仿生技术在纺织业中的应用也日渐广泛[９￣１０]ꎮ本文对近年来国内外基于仿生设计原理的智能纺织品进行综合分析ꎬ介绍基于仿生设计的隔热纺织品ꎬ归纳仿动物毛发中空结构㊁羽绒分支结构以及其他生物结构的隔热纺织品ꎻ简要概述仿生蝴蝶翅膀和仿其他生物结构的结构生色纺织品ꎻ然后分析基于仿生设计的超疏水纺织品ꎬ总结仿荷叶㊁水黾腿以及其他生物结构的超疏水纺织品ꎻ阐述受人体皮肤结构启发的智能纤维以及受自然界中不同动植物结构启发的仿生智能传感纺织品ꎻ最后总结仿生智能纺织品在多个领域的潜在应用ꎬ并展望其未来发展方向ꎬ以期为仿生设计智能纺织品的广泛应用提供理论和技术参考ꎮ１㊀基于仿生设计的隔热纺织品随着科技的进步ꎬ人们发现许多动物皮毛拥有特殊的内部结构ꎬ以具备优异的隔热保温性能ꎮ通过仿生技术ꎬ研制出可比拟动物毛发特殊结构的隔热保暖纤维ꎬ对开发高性能的隔热保温纺织品具有重要的借鉴意义ꎮ１.１㊀仿生动物毛发中空结构的隔热纺织品北极熊靠着厚厚的毛皮和脂肪层来抵御寒冷ꎬ它们的毛皮看似白色ꎬ皮却是半透明的ꎬ厚厚的毛皮也不止保温[１１]ꎬ更是能够将阳光的热量传至皮肤ꎮ其毛发结构中空多孔ꎬ且壳层质密ꎬ如图１(ａ)所示ꎬ可以有效锁住空气ꎬ避免产生热对流ꎬ减少热量的流失ꎬ从而实现保温的功能[１２]ꎮ因此ꎬ北极熊的毛发结构及其性能具有重要的参考价值ꎮ许多科研人员仿北极熊毛发的微观结构制备出了人造中空纤维ꎮ如Ｗａｎｇ等[１３]采用冷冻纺丝技术制备了一种聚酰亚胺气凝胶纤维ꎮ通过冷冻纺丝技术获得具有对齐孔的聚(酰胺酸(ＰＡＡ))纤维ꎬ通过冷冻干燥工艺之后ꎬＰＡＡ纤维保留了其多孔结构ꎬ通过程序化热酰亚胺化工艺后ꎬ最后将ＰＡＡ纤维转化为聚酰亚胺纤维ꎬ采用这种纤维编织的纺织品具有优异的隔热性能ꎮ类似地ꎬＺｈａｎ等[１４]通过溶液水热方法制备出具有超弹性和隔热性能的宏观尺度碳管气凝胶(ＣＴＡ)ꎬ如图１(ｂ)所示ꎮ其中使用碲纳米线(ＴｅＮＷｓ)作为牺牲模板ꎬ所制备的ＣＴＡ具有优异的抗疲劳机械性能和极低热导率的超绝热性能ꎬ在节能建筑㊁能量储存和航空航天等应用领域中有较大的发展前景[１５]ꎮ除此之外ꎬ湿法纺丝工艺也是制备中空纤维较为常见的方法ꎮＺｈａｏ等[１６]采用湿法纺丝工艺制备了聚氨酯∕聚偏氟乙烯仿生多孔纤维ꎮ该纤维包括定向亚纤维㊁纳米多孔皮层和管状孔ꎬ具有交叉尺度多孔网络的层状纤维结构ꎮ由仿生纤维编织的纺织品与皮革的孔径分布相似ꎬ因此具有优良的热绝缘性能ꎮＷａｎｇ等[１７]采用湿法纺丝和聚合物溶液发泡相结合的方法制备了聚氨酯∕聚丙烯腈中空泡沫纤维ꎮ制备的多孔热塑性聚氨酯∕聚丙烯腈复合纤维具有优异的延展性ꎬ即使在压缩或拉伸变形下ꎬ相应的机织物仍表现出优良的热绝缘性能ꎬ为研制新型结构功能集成纤维隔热纺织材料铺平了道路ꎮ图１㊀北极熊毛发结构和受北极熊毛发启发的制备工艺Ｆｉｇ.１㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒ㊀㊀同北极熊毛发相似ꎬ企鹅羽毛也是多孔结构ꎬ但企鹅羽毛的主轴内部为 泡沫状 的多孔结构[１８]ꎬ如图２所示ꎬ其外部表面的孔径很小ꎬ这种多孔结构提高了其保温隔热的性能[１９]ꎮ孙正等[２０]以碳纤维为基底制备了一种基于仿生企鹅羽毛排布的防热复合材料ꎬ具有较好的隔热效果ꎬ能够承受高温㊁维持７２２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展恒温㊁质量轻㊁强度高等优点ꎮＹｅ等[２１]受企鹅羽毛的启发ꎬ采用静电纺丝方法制备了聚丙烯腈∕钛酸钡纳米颗粒冷却材料和聚丙烯腈∕炭黑纳米颗粒加热材料的仿生双功能复合材料ꎬ如图３所示ꎬ实现了基于可穿戴织物的个人热管理和自驱动人机交互功能ꎬ对人机界面系统㊁可穿戴电子设备㊁生物医学㊁柔性机器人等领域产生了重大而深远的影响ꎮ图２㊀仿企鹅羽毛和北极熊毛发的高绝缘性能的纤维结构的示意Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｆｉｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｉｇｈｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈａｔｍｉｍｉｃｓｐｅｎｇｕｉｎｆｅａｔｈｅｒｓａｎｄｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒ１.２㊀仿生羽绒分支结构的隔热纺织品为了使织物具有良好的隔热效果ꎬ一种方法是通过中空结构的纤维捕获大量的空气以增加热阻ꎬ另一种方法是模仿羽绒的自然特性ꎬ开发具有特殊横截面形状的异性纤维织物[１９]ꎮ其中鹅绒和鸭绒因其特殊的分叉结构和优越的保暖性能被广泛研究和应用于保暖隔热纺织品ꎮ鹅绒结构由一根粗主干纤维和大量细分支纤维组成[２２]ꎬ如图４(ａ)所示ꎮ主干纤维提供机械支撑以确保鹅绒的结构稳定性ꎬ而分支纤维则能够固着更多的静态空气ꎬ起到保暖效果ꎮ尽管羽绒具有优异的性能ꎬ但有关人造羽毛类纤维制备的报道不多ꎬ现有的人造纤维均是在纤维上骨架上生长刚性无机或超分子分支来实现的ꎮ由于使用的材料刚性较高ꎬ纤维分支的长度有了很大的限制ꎮ为此ꎬＸｕ等[２３]采用一种可规模化生产方法制备了鹅绒状对位芳纶纤维及其非织造材料ꎮ通过弱碱溶液(低浓度的氢氧化钠水溶液)处理商用对位芳纶微米纤维ꎬ在化学水解和物理剪切力的共同作用下ꎬ对位芳纶纤维表面剥离生成了大量的纳米纤维分支ꎬ如图４(ｂ)所示ꎮ鹅绒状纤维构成的非织造布具有典型的多尺度纤维形态㊁更大的比表面积和更小的孔径ꎬ也因此具有高隔热性能(导热系数为２６.１ｍＷ∕(ｍ Ｋ))ꎮ杜邦公司采用以丙二醇为原料的聚合物和独特的生产工艺开发出一种新型保暖纤维[２４]ꎬ该纤维材料的蓬松性㊁手感和保暖性接近天然羽绒纤维ꎬ且可以水洗㊁不钻绒ꎬ是天然羽绒理想的替代品ꎮ除了鹅绒之外ꎬ鸭绒同样表现出高度有序和分层的分支结构ꎬ隔热性能主要归功于其纳米尺度和分支结构中的捕获空气ꎮ图３㊀受企鹅毛发启发的双重温度调节材料Ｆｉｇ.３㊀Ｄｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｐｅｎｇｕｉｎｈａｉｒ８２２ 现代纺织技术第３１卷图４㊀鹅绒结构和仿鹅绒的制备工艺示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｏｏｓｅｄｏｗｎａｎｄｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｍｉｔａｔｉｏｎｇｏｏｓｅｄｏｗｎ１.３㊀仿生其他生物结构的隔热纺织品除了上述受北极熊和企鹅毛发㊁鹅绒鸭绒启发的隔热纺织材料外ꎬ还有其他的生物结构也可以作为制备仿生隔热材料的参考ꎮＷａｎｇ等[２５]受沙漠中撒哈拉银蚁在极热条件下顽强的生存能力的启发ꎬ通过模仿其微米晶体棒形状的毛发合成了独特的六方氧化锌微棒ꎬ并用聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)进一步涂覆在聚酯织物上ꎬ可以作为坚固的太阳能屏蔽材料ꎬ具有潜在的广泛应用ꎮ除此之外ꎬ被誉为沙漠之舟的骆驼ꎬ可以适应恶劣的沙漠高温环境ꎬ主要是由于驼峰的特殊结构所致ꎬ其结构由外表皮肤㊁脂肪层和汗腺组成[２６]ꎬ如图５(ａ)所示ꎮ当骆驼缺水时ꎬ身体会分解驼峰中的脂肪ꎬ使其转化为水分和能量ꎻ汗腺具有收缩和开放调节机制ꎬ在白天的高温环境下ꎬ最大限度减少水分通过汗腺进行蒸发ꎬ而到了夜晚气温下降时ꎬ则通过热交换的方式进行散热ꎮ图５㊀仿驼峰结构的层级织物设计示意图和工作机制Ｆｉｇ.５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｆａｂｒｉｃｄｅｓｉｇｎｉｍｉｔａｔｉｎｇｈｕｍｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅ９２２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展武汉纺织大学徐卫林院士团队[２６]据此仿生设计了多层次结构的热防护与热管理纺织品ꎬ如图５(ｂ)所示ꎬ在两层织物之间嵌入有序的热绝缘单元ꎬ可以有效地阻挡人体皮肤的热量散失ꎮ仿驼峰结构的层级织物具有更强的隔热能力ꎬ并能让液体通过分布式排汗通道持续单向流动ꎮ该织物同时显示出低热导率(０.０１９２Ｗ∕(ｍ Ｋ))㊁高透气性和透湿性ꎮ同时在极端条件下(约８０ħ)ꎬ模拟皮肤覆盖的相对湿度和温度比传统的消防员制服低约２０.６ħ和约１３.６％ꎮ２㊀基于仿生设计的结构生色纺织品色彩被运用于纺织品的各个方面ꎮ长期以来ꎬ通过对纺织品添加天然或化学染料而实现着色的方法是最普遍的彩色纺织品制备技术ꎮ然而ꎬ天然和化学染料着色却存在水资源消耗量大㊁对环境存在污染㊁颜色经长时间氧化后易褪色等问题ꎮ随着我国对绿色纺织品和生态纺织品发展的需求越来越迫切ꎬ由此产生了新型环保的结构生色技术ꎬ纺织品结构生色技术受到了纺织行业界研究者的密切关注[２７￣２９]ꎮ２.１㊀仿生Ｍｏｒｐｈｏｔｅｘ蝴蝶翅膀的结构生色纺织品㊀㊀纺织品结构生色技术是一种无须用化学染料着色就能产生的颜色ꎬ其主要是由于物体本身结构的存在对光产生了反射㊁衍射㊁干涉等物理作用产生的颜色[３０￣３１]ꎮ日本帝人公司利用生活在亚马逊河流域的闪蝴蝶翅膀产生结构色的多层薄膜干涉原理ꎬ研发了光干涉显色纤维ＭｏｒｐｈｏｔｅｘꎮＬｉｕ等[３２]制备了仿生的类似黑色素的聚多巴胺(ＰＤＡ)纳米膜涂层ꎬ为了提高色牢度和避免开裂ꎬ采用含反应性环氧基团的聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯￣甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯)(Ｐ(ＧＭＡ￣ｃｏ￣ＰＥＧＭＡ))共聚物合成黏合剂来提高ＰＤＡ结构彩色薄膜和丝绸织物之间的界面结合强度ꎬ促进了纺织品着色的发展ꎮＹａｎｇ等[３３]通过改变不同的聚合反应时间在白色棉织物上制备聚多巴胺(ＰＤＡ)膜ꎬ获得结构彩色棉织物ꎮ通过将含聚乙烯吡咯烷酮的内酰胺基团添加到具有邻苯二酚基团的ＰＤＡ膜中以形成强氢键ꎬ提高了ＰＤＡ装饰的结构彩色膜在棉织物上的色牢度ꎬ促进了结构着色在纺织品中的实际应用ꎮ除了通过化合物的聚合使织物生色外ꎬ热辅助自组装和重力沉降法也可以很好地使织物生色ꎬ如Ｌａｉ等[３４]采用热辅助自组装和重力沉降法制备了一种含氧化铜纳米颗粒和银纳米颗粒的聚苯乙烯胶体光子晶体彩色薄膜ꎬ由于铜和银材料比聚苯乙烯致密ꎬ因此金属纳米颗粒在基板底部的沉积物可以吸收散射光ꎬ从而产生生动的结构颜色ꎬ为纺织织物和仿生学的未来应用提供了可调的结构颜色ꎮ除了上述两类生色的制备工艺之外ꎬ有一种生成结构颜色的激光写入方法ꎬ无需精确复制生物结构ꎮＺｙｌａ等[３５]提出了一种基于３Ｄ直接激光写入技术成功制造模仿Ｍｏｒｐｈｏｔｅｘ蝶形的层状纳米结构的方法ꎬ使用双光子聚合在单个光敏材料中创建变形圣诞树结构的自适应横截面几何形状ꎬ不需要精确复制其表面结构ꎬ仅仅是模仿蝴蝶生物的空气和表皮尺寸的层状纳米结构ꎬ如图６所示ꎬ就可以生成结构颜色ꎮ结构生色纤维和纺织品的最大优点在于它不会像普通印染纤维和纺织品一样出现褪色的现象ꎬ而且３Ｄ直接激光写入技术可以产生多种不同的颜色ꎬ该技术为结构生色纺织品提供了新的思路ꎮ图６㊀Ｍｏｒｐｈｏ蝶的结构色和翅膀组成㊁仿Ｍｏｒｐｈｏ蝶的微结构Ｆｉｇ.６㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｗｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＭｏｒｐｈｏｂｕｔｔｅｒｆｌｉｅｓꎬｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭｏｒｐｈｏｍｉｍｉｃ２.２㊀仿生其他生物结构的结构生色纺织品孔雀羽毛和宝石甲虫翅膀呈现出各种各样的颜０３２ 现代纺织技术第３１卷色ꎬ给人一种天然的美感ꎬ其内部结构也有其特殊性ꎮ据研究人员发现ꎬ它们内部黑色素颗粒的周期性排列导致光的干涉ꎬ黑色颗粒能够吸收散射光ꎬ从而产生明亮的结构色[３６]ꎮ如图７(ａ)所示ꎬ在孔雀羽毛内部ꎬ棒状黑色素颗粒形成周期性的微观结构ꎬ吸收散射光并产生明亮的结构色[３７￣３９]ꎮ此外ꎬ宝石甲虫翅膀的闪亮绿色是来自多层干涉的典型结构色ꎬ如图７(ｂ)所示ꎬ大约有２０层黑色素和角质层交替堆叠ꎬ结构色清晰可见ꎬ其中微结构中的黑色素层适当吸收散射光[４０￣４１]ꎮ因此ꎬ聚多巴胺(ＰＤＡ)作为一种黑色素模拟材料引起了人们的关注ꎮＦａｎｇ等[４２]提出了一种基于高色牢度ＰＤＡ结构色纳米膜的环保型纺织品染色新方法ꎬ通过多巴胺的聚合反应在棉织物上成功制备了ＰＤＡ纳米膜结构色ꎮ该研究促进了纺织工业领域的清洁染色ꎮＺｈｕ等[４３]采用硫酸铜(ＣｕＳＯ４)∕过氧化氢(Ｈ２Ｏ２)诱导法在真丝织物表面构建均匀的ＰＤＡ￣黑色素膜ꎬ通过控制不同上层膜的厚度ꎬ制备了黄㊁红㊁蓝㊁绿色四种不同结构的彩色薄膜ꎮ其中由于ＰＤＡ￣黑色素聚集体纳米颗粒的独特排列和强烈的光吸收特性ꎬ所获得具有结构色的织物不依赖于角度ꎬ具有优异的颜色可见性ꎮ该方法制备不需要任何染料ꎬ颜色均匀ꎬ为织物结构色的功能性整理提供了新的思路和理论依据ꎮ图７㊀孔雀羽毛和宝石甲虫示意Ｆｉｇ.７㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｅａｃｏｃｋｆｅａｔｈｅｒａｎｄｊｅｗｅｌｂｅｅｔｌｅ３㊀基于仿生设计的超疏水纺织品超疏水纺织品因其表面防水㊁防污㊁自清洁等特性ꎬ在日常生活㊁医药卫生㊁工农业生产㊁能量转换和环境保护等各个领域有广泛具有的应用ꎮ研究发现自然界中的荷叶表面㊁蝴蝶翅膀及水鸟羽毛等因具备优异的超疏水性能ꎬ可以达到自清洁功能ꎬ其核心是具有特殊 微纳 的粗糙结构ꎬ而有效利用仿生技术设计并构建出耐久的 微纳 的结构是超疏水纺织品改性的关键ꎮ３.１㊀仿生荷叶结构的超疏水纺织品早期的疏水性材料主要用于人们生活防护上ꎬ如雨鞋㊁雨衣㊁雨伞等ꎮ随着功能性纺织品的不断发展ꎬ疏水性材料在织物上的应用也越来越广ꎮ最典型的疏水表面是以荷叶为代表的自清洁功能的植物ꎬ通过对荷叶微观结构的分析[４４]ꎬ研究者发现荷叶的自清洁功能不仅源于粗糙表面上微米级的乳突结构及表面蜡晶ꎬ还因为荷叶表面微米结构乳突上存在着纳米结构ꎬ这种微米结构和纳米结构相结合的多级结构是荷叶表面具有自清洁功能的根本原因[４５￣４６]ꎮ正是这种具有自清洁功能的纳米结构ꎬ成为科学界热门的研究对象ꎮ抗机械能力弱是织物超疏水性能的痛点ꎬ研究人员纷纷尝试不同的材料及方法来制备机械耐久性超疏水织物ꎬ如Ｗａｎｇ等[４７]利用烟道气废弃物￣粉煤灰制备了多功能超疏水织物ꎬ该织物具有优异的超疏水性㊁自清洁性㊁抗机械能力㊁光催化性以及自熄阻燃性能ꎬ在许多领域中有较广阔的发展前景ꎮＦｏｏｒｇｉｎｅｚｈａｄ等[４８]采用喷雾法制备了稳定的无氟超疏水棉ꎬ将制备的乙烯基改性的二氧化钛水溶胶喷涂在平纹棉织物上ꎬ然后将ＰＤＭＳ溶液喷涂在经改性的二氧化钛涂布的织物上ꎬ从而制备了超疏水性海绵ꎮ该织物具有优异的自清洁性㊁化学稳定１３２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展性以及耐久性ꎬ在日常生活中可以用作防水和自清洁服装ꎮＺｈａｎｇ等[４９]采用一锅浸渍法ꎬ将棉织物浸入多巴胺㊁硝酸银㊁十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中制备了超疏水棉织物ꎬ其接触角可达１６３.５ʎʃ１.５ʎꎬ油水分离效率高达９７％ꎬ因此该织物具有良好的机械性能㊁化学性能和稳定性ꎬ可以重复用于油水分离ꎮ实现织物的超疏水性能还可以对织物表面进行改性以形成微纳米多级结构ꎬ以此来提高疏水性能[５０]ꎮＣｈｅｎｇ等[５１]采用环境友好的酶蚀刻法对织物表面进行微纳结构粗糙化ꎬ然后通过热化学气相沉积工艺用甲基三氯硅烷对其进行改性ꎬ构造了复合超疏水真丝织物ꎬ如图８所示ꎮ该织物具有良好的自清洁性能和机械耐久性ꎬ且对织物的光泽㊁色泽㊁柔软性等性能影响较小ꎮＨｅ等[５２]提出了一种通过原位氟化诱导的径向聚合在商业聚酯织物上的新型表面设计策略ꎮ通过与甲基丙烯酸三氟乙酯和二乙烯基苯的径向引发接枝共聚ꎬ将具有双键的超支化纳米二氧化硅共价接枝到表面ꎬ所获得的超疏水织物显示出优异的耐久性和憎水性ꎮ此外ꎬ聚倍半硅氧烷超疏水整理也是一种微结构疏水方案ꎬＰＯＳＳ是一种新型的有机和无机结合的杂化材料ꎬ是具有三维结构的有机硅烷化合物ꎬ它特殊的纳米结构㊁纳米尺寸效应㊁交联效应及对聚合物的有效改性ꎬ吸引着人们极大关注ꎮ因此Ｈｏｕ等[５３]采用光诱导巯基￣烯点击化学方法ꎬ利用巯基硅烷对纤维进行表面改性ꎬ再与甲基丙烯酰￣七异丁基半硅氧烷(ＭＡＰＯＳＳ)进行点击偶联ꎬ增加了织物的表面粗糙度ꎬ降低了织物的表面能ꎬ成功制备了基于多面体低聚倍半硅氧烷(ＰＯＳＳ)的超疏水织物ꎬ如图９所示ꎮ该织物具有优异的耐腐蚀性㊁耐紫外线㊁耐高温㊁耐超声波洗涤以及耐机械磨损性能ꎮ图８㊀采用酶蚀刻法制备超疏水织物示意图及其超疏水织物的ＳＥＭ结构Ｆｉｇ.８㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｎｚｙｍｅｅｔｃｈｉｎｇａｎｄＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃ图９㊀通过光诱导硫醇￣烯点击化学制备超疏水织物的过程示意Ｆｉｇ.９㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｐｈｏｔｏ￣ｉｎｄｕｃｅｄｔｈｉｏｌ￣ｅｎｅｃｌｉｃｋｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２３２ 现代纺织技术第３１卷３.２㊀仿生水黾腿结构的超疏水纺织品在自然界中ꎬ除了众所周知的仿荷叶结构所制备的超疏水纺织品外ꎬ还一些具有层次结构和粗糙度的动物表面可以产生显著的超疏水性ꎮ如水黾具有在水面上站立行走而不被浸湿的能力ꎮＧａｏ等[５４]表明ꎬ水黾腿部由大量细微纳米凹槽的定向微小毛发覆盖ꎬ并覆盖有角质层蜡ꎬ如图１０所示ꎬ使腿部表面防水ꎬ并使它们能够在水面上快速站立和行走ꎮ因此ꎬ启发于水黾腿纤维结构ꎬ在织物表面上形成纳米分层结构也可以提供超疏水能力ꎬ如Ｇａｏ等[５５]提出了微米和纳米级分层二氧化硅颗粒涂覆在织物上以实现超疏水仿生表面结构ꎮ采用溶胶￣凝胶法获得各种尺寸的溶胶颗粒ꎬ通过低温两步涂布工艺对织物进行涂布ꎬ由于考虑到含氟化合物基团对环境和健康存在潜在危害ꎬ选择长链烷基硅烷作为低表面能剂ꎬ对粗糙处理后的织物表面进行改性ꎬ所得的织物具有优异的疏水性ꎮ图１０㊀水黾腿纤维结构示意Ｆｉｇ.１０㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗａｔｅｒｓｔｒｉｄｅｒｌｅｇ３.３㊀仿生其他生物结构的超疏水纺织品科学家通过研究壁虎脚㊁蚊子腿以及蛾翅膀等其他生物的内部结构ꎬ指出其表面结构是由微米∕纳米级双重结构组成ꎬ这种微米∕纳米级双重结构正是其超疏水性的原因ꎮ因此ꎬ研究人员们通过采用各种方法在织物表面形成微米∕纳米级双重结构从而使其具有超疏水性能ꎮ如Ｐａｎ等[５６]采用原位生长和浸涂法ꎬ在棉织物上制备了一种耐久㊁稳定的聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)￣硬脂酸铜(ＣｕＳＡ２)超疏水涂层ꎬ从而制备了耐久性超疏水织物ꎮ制备过程无复杂工序ꎬ所用原料较为廉价ꎮ该织物显示出良好的超疏水性能ꎬ其接触角为１５８ʎꎬ同时具有良好的机械耐久性ꎮ此外ꎬＹａｎ等[５７]受黑色素和海洋贻贝的启发ꎬ通过快速氧化聚合将多巴胺在短时间内涂覆在真丝织物上ꎬ并通过聚多巴胺二级反应平台将Ｆｅ２＋接枝到织物表面ꎬ制备了具有超疏水性ꎬ阻燃性和抗紫外性的真丝织物ꎮ４㊀基于仿生设计的智能传感纺织品随着仿生设计和智能传感纺织材料的结合ꎬ智能纺织传感器在防护㊁体育㊁医疗㊁军事等领域有着巨大的发展潜力[５８]ꎬ为此成为研究者关注的焦点ꎮＺｈｕ等[５９]制备了一种多孔结构的碳纳米管∕炭黑￣聚氨酯涂层的织物和导电尼龙纤维叉指电极图案化的织物组装而成的压力传感器ꎬ该传感器具有高灵敏度㊁短响应时间和宽感测范围ꎬ可以与人体表面稳定贴合ꎬ以实现生理信号监测ꎮ４.１㊀受人体皮肤结构启发的智能纤维皮肤是人体最大的器官ꎬ它可以通过不同的皮下组织ꎬ根据外界产生的信息直接与外界相互作用ꎬ从而通过神经中枢完成对不同信息的感觉过程ꎮ受此启发ꎬＺｈａｎｇ等[６０]利用天然纤维素的自组装方法形成多孔超分子纤维网络ꎬ设计了一种新型的具有皮肤特性的纤维素仿生水凝胶(ＣＢＨ)ꎬ该水凝胶显示出优良的特性ꎬ如高拉伸性和强度㊁低模量㊁优异的弹性以及良好的生物相容性ꎬ可作为灵敏可靠的应变传感器用于人体运动监测ꎮ此外ꎬ在水性环境中实现了稳定的信号输出ꎮＷａｎｇ等[６１]报道了一种基于自组装策略的新型离子诱导技术ꎬ通过湿法纺丝法在凝固浴中形成具有仿生绒毛状表面的纤维ꎬ然后加入羟基脲进行特殊的银镜反应ꎬ得到Ａｇ∕ＡｇＣｌ∕ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ复合纤维具有稳定的三层核壳结构ꎬ如图１１所示ꎮ仿生Ａｇ∕ＡｇＣｌ∕ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ复合纤维具有双向响应性和增强的灵敏度ꎬ并对反复的外部应力表现出优异的稳定性ꎬ利用其组装的压力传感器ꎬ可以用于小应力的监测㊁柔性机器人㊁医学假肢等方面ꎮＧｈｏｓｈ等[６２]使用大面积且结构稳定的鱼胶３３２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展。
电子纱在智能工业领域的创新应用
电子纱在智能工业领域的创新应用智能工业领域是指利用先进技术和智能化手段来提高工业生产效率和产品质量的领域。
近年来，随着科技的不断进步，电子纱在智能工业领域的创新应用越来越受到关注。
电子纱作为一种具有导电性能的纺织品，在智能工业领域中发挥着重要的作用。
本文将探讨电子纱在智能工业领域创新应用的相关内容。
首先，电子纱在智能工业领域的一个重要应用是智能传感。
传感器起着收集环境信息、转化为可识别信号的作用。
而电子纱可以将传感器嵌入纺织品中，使其具备传感功能。
例如，在工业生产过程中，智能纺织品可以嵌入温湿度传感器，通过收集环境的温湿度信息，提高工作环境的舒适度和安全性。
同时，嵌入电子纱的传感器还可以用于检测生产过程中的各种参数，实时监控生产设备的运行情况，及时发现和解决问题。
电子纱的应用为智能传感技术提供了更多的可能性，为智能工业生产提供了更精准、高效的数据支持。
其次，电子纱在智能工业领域的创新应用还体现在智能监控方面。
在传统的工业生产中，监控工作往往需要专门的设备和人员。
而借助电子纱的导电性能，可以将智能监控系统与智能纺织品相结合，实现对工业生产过程的实时监控。
例如，智能纺织品可以嵌入厂房内的摄像头，通过网络传输实时图像到监控中心，工作人员可以远程监控生产现场，及时发现异常情况并进行处理。
此外，智能纺织品还可以嵌入微型传感器和无线通信装置，实现对设备和生产流程的自动监控和管理。
这种创新应用大大提高了监控的效率和精度，为智能工业生产提供了更可靠的保障。
另外，电子纱还可以在智能工业领域中应用于人员定位和安全防护。
在工业生产中，人员的定位和安全是非常重要的。
借助电子纱的导电性能，可以将定位设备与纺织品相结合，实现对人员位置的实时定位。
通过传感器和无线通信技术，可以将员工的位置信息传输到监控中心，实时监控员工的工作状态和安全情况。
例如，在有机化工生产过程中，智能纺织品可以嵌入员工的工作服中，通过定位设备和监控系统，实时追踪员工的位置和身体状况，及时发现异常情况并采取措施。
聚_3_4_乙撑二氧噻吩_导电织物的制备_结构及其电致变色性能_李昕
Vo.l30高等学校化学学报No.5 2009年5月CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S1052~1054[研究快报]聚(3,4-乙撑二氧噻吩)导电织物的制备、结构及其电致变色性能李昕,赵国樑,钱晶,付中玉(北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029)关键词聚(3,4-乙撑二氧噻吩);导电织物;原位聚合;电致变色中图分类号O631文献标识码A文章编号0251-0790(2009)05-1052-03利用原位聚合(In-situ po ly m erizati o n)方法制备的导电聚合物基导电织物,除具有传统导电织物的导电、电磁屏蔽及抗静电性能外[1],还保留了导电聚合物所具有的机敏感应特征,例如电致变色和电致发光等功能,因而在新型柔性显示器件、信息存储器件及传感器等领域表现出巨大的应用潜力[2~4].电致变色织物即人们梦寐以求的/变色龙0织物,它能够通过弱电控制自身的颜色与外界环境保持一致,在军事伪装上具有重要的应用价值,因而世界各国军方和科学家都投入了巨大的经费和精力,以求在这方面取得实用化突破[4].此外,电致变色织物还可用于通过颜色变化调节温度的宇航员太空服、野外考察服装和用具(如帐篷、遮阳伞等)以及民用时尚变色服装等[2],并可用作食品和安全工业的传感器[5],具有非常诱人的应用前景.聚(3,4-乙撑二氧噻吩)具有氧化还原电位低、禁带宽度小(E g=116e V,775nm)、分子中含有较多的给电子基团等独特的结构特点,表现出优异的环境稳定性和高电导率(10~1000S/c m),而且其薄膜材料也具有良好的透明度和稳定性,是目前应用性能最好的电致变色材料之一,对它的研究和开发已成为导电聚合物研究领域中的焦点[6,7].本文采用原位聚合法,以耐酸性好的涤纶为基底,制得了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/涤纶复合导电织物[Po ly(3,4-ethy lened i o xythiophene)/conducting tery l e ne tex-tile,PEDOT/C TT],分析了该导电织物的形貌、导电性能及结构,并对其电致变色性能进行了初步测试.实验结果表明,所得到的PEDOT/CTT具有良好的导电性和一定的电致变色性能,有望在全固态电致变色织物的制备中获得应用.1实验部分1.1试剂与仪器3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT),分析纯,苏州工业园区亚科化学试剂有限公司,使用前减压蒸馏;硫酸铁[Fe2(SO4)3],天津市福晨化学试剂厂;聚对苯乙烯磺酸钠(PSS),上海嘉辰化工有限公司;高氯酸(H C l O4),北京化工厂;其它试剂均为分析纯试剂;实验用水为去离子水.涤纶为市售白色平纹涤纶,使用前对其进行脱浆处理:先将涤纶用去离子水清洗干净,晾干,再先后将其放入1m o l/L N a OH和H C l溶液中分别浸泡12h,然后将织物取出再用去离子水洗净,晾干,剪成大约3c m@3c m大小,待用.采用日本电子公司JS M-6360LV型电子扫描电镜(SE M)进行形貌分析;用N ico let Nexus670型傅里叶变换红外光谱(FT I R)仪测试红外吸收光谱;采用K eithley6221+2182A体系通过四电极法测定电导率.织物的室温表面电阻用刀口电极结合万用表进行测定.电致变色性能的测试使用Zahner I M6型电化学工作站,采用三电极法[将铂丝穿绕在PEDOT/CTT上作为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极],在011m o l/L的H C l O4溶液中进行.将两块PEDOT/CTT分别在-012V和收稿日期:2009-01-25.基金项目:北京市科技新星计划(批准号:2007B010)和北京市优秀人才培养项目(批准号:20071D0500100128)资助.联系人简介:李昕,女,博士,副研究员,主要从事导电聚合物的合成及应用研究.E-ma i:l cl y l x@b .c n+014V 恒电压下保持2m i n ,变色后取出,用吹风机吹干,采用SONY A -100型数码单反相机拍摄彩色照片,然后用TU-1901型紫外/可见(UV-V is)分光光度计测定其固态漫反射紫外-可见光谱.1.2 导电织物的制备 在室温下,分别称取019g 硫酸铁和01195g 聚对苯乙烯磺酸钠,加入到20mL 去离子水中,超声处理30m in 使其充分溶解,将处理好的涤纶织物浸泡在上述反应液中,然后将012g EDOT 单体加入到反应体系中,在室温下电磁搅拌反应24h .反应结束后,取出织物,先用去离子水洗去表面的附着物,再用无水乙醇浸泡洗涤织物至洗涤液无色,然后在红外灯下干燥.所得到的织物呈现均匀的蓝色,用PEDOT /CTT 表示.2 结果与讨论2.1 形貌及导电性能 图1为纯涤纶和PEDOT /CTT 表面的SE M 图.由图1(A )可见,纯涤纶表面光滑,其单根纤维直径约为20L m.图1(B)和(C)显示,直径为100nm 左右的PEDOT 纳米颗粒致密均匀地包覆在单根涤纶纤维表面.PEDOT /CTT 的电导率为2167@10-2S /c m,表面电阻为116@1048/c m 2,表明制得的PEDOT /CTT 具有良好的导电性能.Fig .1 SEM i m ages of pu re terylene tex tile(A ),PEDOT /CTT fibers(B)and the surfaceof si ng l e PEDOT /CTT fi b er(C)2.2 结构表征 图2为涤纶、PEDOT 和PEDOT /CTT 的FTI R 谱图.在PEDOT 的FT I R 谱图(图2谱线c )中,可以明显观察到1516和1319c m -1噻吩环上C C 和C )C 键的伸缩振动峰;1198和1084c m -1处的C )O )C 键的对称和不对称振动峰;972,920和671c m -1处C )S )C 键的伸缩振动峰等F ig .2 FTI R spec tra of pure terylene textile(a ),PEDO T /CTT (b )and pure PEDOT(c )(A )600)2000c m -1;(B)1440)1600c m -1.PEDOT 的特征吸收峰[8].同时,在1742~1647c m -1处出现的三重中等强度的宽峰反映了其掺杂程度[9].PEDOT /CTT(图2谱线b )和纯涤纶(图2谱线a )的谱图非常相似,但大多数谱峰都变宽(如:1716c m -1处的C O 伸缩振动峰;1242和1092c m -1处酯基和醚基中C )O )C 的伸缩振动峰以及721c m -1处C H 2的弯曲振动峰)[10],并出现部分红移和蓝移,且吸收峰的强度也发生了变化.此外,通过比较图2谱线a 和b 在1428~1600c m -1范围内放大的谱图,发现纯涤纶中1550和1531c m -1处的二重吸收峰在PEDOT /CTT 中裂分为三重吸收峰(1560,1539和1522c m -1),且在1472c m -1处出现一新吸收峰,说明PEDOT 单体与聚酯纤维之间有分子键的结合,但聚酯纤维的分子链结构并未被破坏,因此复合织物还保持了原涤纶纤维的物理机械性能.2.3 电致变色性能 PEDOT /CTT 在10,50和100mV /s 扫描速率下的循环伏安曲线及电致变色情况如图3所示.由图3可见,不同扫描速率下PEDOT /CTT 循环伏安曲线的形状基本一致,都存在一个明显的氧化峰,且电位随着扫描速率的增大而增大(从-0127V y -0124V y -0120V ),振幅也逐渐增加,而还原峰则出现在0V 左右.同时,在循环扫描周期内还观察到明显的电致变色现象,PEDOT /CTT 在-0142~0V vs .SCE 范围内呈现浅灰蓝色,在0~110V vs .SCE 范围内则转变为深蓝黑色,且颜色变化随电位的循环完全可逆.此外,图4为PEDOT /CTT 在不同电位的固态吸收光谱及相应的织1053 N o .5 李 昕等:聚(3,4-乙撑二氧噻吩)导电织物的制备、结构及其电致变色性能物照片.这进一步说明颜色随电位的变化而变化.结果表明,通过原位聚合法制得的PEDOT/CTT具有电致变色性能,有望在全固态电致变色织物的制备中获得应用.F ig.3Cyc lic volta mm ogra m s of PEDOT/CTT atd ifferen t scann ing velocity and itse lectrochro-m ic propertya.10mV/s;b.50mV/s;c.100mV/s.Fig.4UV-V is absorban ce spec tra and corres pondingp ictures of s o lid sta te PEDOT/CTT atd ifferent potential参考文献[1]Bohw on K.,V ladan K.,E ric D.,et a l..Syn t heti cM etal s[J],2004,146:167)174[2]Beaupr S.,Dum as J.,LeclercM.,Che m.M ater.[J],2006,18:4011)4018[3]W an M.X..Adv.M ater.[J],2008,20:2926)2932[4]LI X i n(李昕),L IX i ao-N i ng(李小宁),F U Zhong-Yu(付中玉),et al..Jou rnalof Beiji ng Instit u t e ofFas h i on Technol ogy(北京服装学院学报)[J],2008,28(4):58)65[5]Prak ash R.S.,Radh akris hnan S..M ateri a l s Che m istry and Physics[J],2002,77:117)133[6]Lu G.W.,L iC.,Sh iG.Q..Che m.M ater.[J],2007,19(14):3433)3440[7]J ayes h G.B.,Arv i nd K.,V enkat ara m anan S.,et a l..Advan ced M aterial s[J],2008,20(6):1175)1178[8]Ku ldeep S.,An ilO.,Parveen S.,et a l..Poly m.A dv.Techno.l[J],2008,19:229)236[9]YANG Ya-Ji e(杨亚杰),JI ANG Y a-Dong(蒋亚东),XU J i ang-H ua(徐建华),et al..Che m.J.Ch i n ese Un i versiti es(高等学校化学学报)[J],2007,28(9):1739)1742[10]PAN W ei(潘玮),HUANG Su-P i ng(黄素萍),GONG J i ng-Hu a(龚静华),e ta l..ShanghaiTextil e Science&Technol ogy(上海纺织科技)[J],2001,29(4):58)60Preparation,Structure and E lectrochro m ic Properties ofPol y(3,4-ethy l ened i oxythi ophene)Based Conducti ng TextileLI X i n*,Z HAO Guo-Liang,Q I A N Ji n g,FU Zhong-Yu(B eij i ng K ey Labora t ory of C lothi ng M aterials R&D and A ssess m ent,Beijing Instit u te of Fashion T echnology,B eijing100029,China)Abst ract Conductive po l y(3,4-ethy lened i o xythiophene)coated tery lene textile represented by PEDOT/CTT w as prepared via in-situ po l y m erizati o n.It is found that the PEDOT nano-partic les w ith dia m eter of~100nm spread over the surface o f terylene fi b ers resu lting i n a good conducti v ity o f2167@10-2S/c m,asm easured by a four-probe m ethod.M oreover,the PEDOT/CTT exhibits an electr ochro m ic behav i o r,wh ich takes a variation of co lor fro m pale b l u e to dark blue w hen the app li e d potential changed fro m-0142)0V to0)110V vs. SCE.K eywords Po ly(3,4-ethylened i o xy t h iophene);Conductive textile;In-situ po ly m erizati o n;E lectrochro m ic behav ior(Ed.:D,Z) 1054高等学校化学学报V o.l30。
人工智能在纺织制造中的应用研究
人工智能在纺织制造中的应用研究随着科技的不断进步和创新，人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）在各个领域得到了广泛的应用。
纺织制造作为一个重要的行业，在引入人工智能技术后也取得了显著的成果。
本文将研究人工智能在纺织制造中的应用，并分析其效果和前景。
一、人工智能在纺织制造中的应用概述纺织制造涉及到各个环节，从纤维原料的选择到织造、印染和最终的产品质检，都需要高效且准确的处理。
传统的纺织制造过程存在一定的局限性，例如人为操作的不确定性、生产环节的繁琐等。
而引入人工智能技术可以高效地解决这些问题。
1. 数据分析和预测人工智能可以通过大量的数据分析和模型预测，为纺织制造企业提供准确的销售预测、市场需求和库存管理。
通过建立相应的算法模型，可以实现对市场趋势和消费者需求的精确预测，从而帮助企业进行生产计划和资源调配，提高生产效益和市场竞争力。
2. 智能控制系统在纺织制造过程中，通过智能控制系统可以实现自动化和智能化的生产。
例如，在织造环节中，人工智能可以识别并自动调整织机的速度和张力，从而保证织物的质量和效率。
同时，智能控制系统还可以预警并修复设备故障，提高设备利用率和生产线稳定性。
3. 品质检测与质量管理纺织制品的质量检测是一个重要的环节。
传统的质检方式往往需要大量的人力，而且无法保证一致性和准确性。
而借助人工智能技术，可以实现对纺织品的自动检测和分类，大大提高检测的准确性和效率。
同时，人工智能还可以通过数据分析，帮助企业对产品质量进行管理和改进。
二、人工智能在纺织制造中的效果分析引入人工智能技术后，纺织制造行业取得了显著的效果和成果。
1. 提高生产效率和质量通过智能控制系统和数据分析，纺织制造企业可以更好地规划生产过程，减少生产环节中的时间浪费和资源浪费。
同时，人工智能可以实现对产品质量的检测和管理，有效提高产品的一致性和可追溯性，提升市场竞争力。
2. 降低成本和风险传统的纺织制造过程往往需要大量的人力投入，而引入人工智能技术后可以实现智能化和自动化的生产，从而降低了人力成本。
基于纳米纤维的智能纺织品的研究和应用
基于纳米纤维的智能纺织品的研究和应用1. 介绍纳米纤维技术和纺织品的智能化发展趋势随着科学技术的不断发展，纳米技术的应用已经渗透到诸多领域中。
纳米纤维技术作为一种新型的纳米技术，已经被应用于制备纳米纤维膜、滤材等方面。
同时，随着纺织品的材料、工艺的不断更新和改进，纺织品的种类和用途也变得越来越广泛。
在这样的背景下，智能纺织品的出现成为了纺织业发展的一大亮点。
通过导入各类传感器、芯片等技术，智能纺织品具备了很多传统纺织品所不具备的功能，例如温度调节、远距离控制等。
2. 纳米纤维技术在纺织品方面的应用纳米纤维技术在纺织品领域的应用主要表现在以下三个方面：2.1 通过纳米纤维材料来提升纺织品的性能纳米纤维材料的高比表面积、高介电常数，可以大大提升材料的性能。
例如，通过制备纳米纤维利用压电效应制成的纺织品，就能将人体的摇摆、微小的振动等能量转换为电能，实现对器件的无线供电，用于制备人体动态监测装置、电子制品等。
2.2 利用纳米纤维技术实现纤维的序列化传统的纤维纺织技术，呈现扁平形状，导致其性能的断面和内部结构的细节非常相似，缺乏足够的信息。
然而通过纳米纤维技术，可以在纤维内部加入微观的结构、芯片等，使得纤维的形态和功能得到大幅度提升。
2.3 通过纳米纤维技术实现纺织电子学利用纳米纤维材料的特殊性能，可以制成非常薄的电子器件，这一技术被称为纺织电子学。
纺织电子学可以通过挤压纳米纤维材料和电子材料之间的聚合作用，将传感器、计算机芯片等技术应用于纺织品的制造过程，实现智能纺织品的制造。
3. 基于纳米纤维的智能纺织品的研究和应用基于纳米纤维的智能纺织品不仅具备常规纺织品所拥有的功能，而且还能够实现智能化、多功能化、柔性化等空间的需求匹配，成为未来纺织品发展的重要方向之一。
具体来说，基于纳米纤维的智能纺织品的研究和应用主要表现在以下两个方面：3.1 智能化纺织品的开发和生产随着人们对智能化生活的需求不断提升，纳米纤维技术被广泛应用于智能纺织品的研究和开发。
导电聚合物基智能电致变色织物的研究及应用进展
导电聚合物基智能电致变色织物的研究及应用进展
李昕;李小宁;付中玉;杨中开;赵莉
【期刊名称】《北京服装学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(028)004
【摘要】导电聚合物作为电致变色活性材料,具有结构可控、色彩丰富、易于加工和低成本等特点.是目前最有应用前景的智能材料之一.概述了基于导电聚合物的电致变色器件的结构和变色机理,着重介绍了智能电致变色织物的研究进展,并展望了其应用及发展.
【总页数】8页(P58-65)
【作者】李昕;李小宁;付中玉;杨中开;赵莉
【作者单位】北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029;北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029;北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029;北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029;北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室,北京100029
【正文语种】中文
【中图分类】O631.23
【相关文献】
1.基于导电聚合物的电致变色织物的研究进展 [J], 张思航;顾迎春;付润芳;陈胜;蒋洁;李晴碧
2.导电高分子电致变色智能热控器件 [J], 卢鹉;孙明明;史建中;詹磊;李季;李颖;曾一兵
3.聚苯胺基导电织物的制备及其电致变色性能研究 [J], 李昕;钱晶;付中玉
4.聚(3,4-乙撑二氧噻吩)导电织物的制备、结构及其电致变色性能 [J], 李昕;赵国樑;钱晶;付中玉
5.导电聚合物基电致变色器件的研究进展 [J], 钱晶;付中玉;李昕
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
家用纺织品的智能化生产与创新技术
家用纺织品的智能化生产与创新技术家用纺织品作为日常生活的重要组成部分，其质量和设计直接关系到人们的生活品质。
随着科技的不断进步，智能化生产和创新技术在家用纺织品领域的应用越来越广泛。
本文将详细探讨家用纺织品智能化生产的意义、创新技术的应用以及这些技术对行业发展产生的影响。
家用纺织品的智能化生产家用纺织品的智能化生产指的是利用高科技手段，如、机器人技术、互联网、物联网等，实现家用纺织品生产过程的自动化、数字化和智能化。
这种生产方式不仅可以提高生产效率，降低生产成本，还能确保产品质量的稳定性。
在家用纺织品的智能化生产过程中，机器人技术起到了关键作用。
机器人可以完成从原材料准备、染色、织造、裁剪、缝制到成品包装等各个环节的生产任务。
此外，通过互联网和物联网技术的应用，生产设备可以实现远程监控和控制，生产数据可以实时收集和分析，从而实现生产过程的智能化管理。
家用纺织品的创新技术家用纺织品的创新技术主要体现在材料、设计和功能三个方面。
首先，在材料方面，新型纺织材料如有机硅、Tencel、 Modal等被广泛应用于家用纺织品。
这些材料具有优异的吸湿排汗、保暖、透气等性能，能够满足消费者对舒适性、健康和环保的需求。
其次，在设计方面，家用纺织品的设计越来越注重个性化和差异化。
利用计算机辅助设计（CAD）技术，设计师可以轻松实现复杂的图案和色彩搭配，满足消费者对美观性的需求。
最后，在功能方面，家用纺织品的功能越来越多样化。
例如，通过纳米技术，纺织品可以具有防菌、防螨、防紫外线等功能；利用智能纺织技术，纺织品可以实现温度调节、湿度调节等功能，为消费者带来更加智能化的生活体验。
家用纺织品的智能化生产和创新技术在很大程度上推动了行业的发展。
消费者可以期待在未来，家用纺织品将更加美观、舒适、健康和智能化，为日常生活带来更多便利和乐趣。
智能纺织品的市场应用与挑战智能纺织品的市场应用智能纺织品在家用纺织品领域中的应用越来越广泛，尤其在床品、毛巾、衣物等产品中。
纳米技术在纺织品领域的创新应用与研究
纳米技术在纺织品领域的创新应用与研究纺织品作为人们日常生活中不可或缺的一种材料，一直以来都在不断地追求技术创新与改进。
近年来，纳米技术的发展为纺织品领域带来了巨大的革命性变化，极大地提升了纺织品的功能性能和舒适性。
本文将探讨纳米技术在纺织品领域的创新应用与研究进展。
一、纳米技术的概述纳米技术是一种研究和应用物质在纳米尺度（1nm=10^-9m）范围内的特性和操控方法的科学技术。
纳米技术的出现开启了一扇全新的科技大门，其在化学、物理、生物和材料领域都有广泛的应用。
二、纳米技术在纺织品领域的创新应用1. 纳米材料的应用利用纳米尺度的材料可以改变纺织品的柔软度、强度和耐磨性。
例如，使用纳米材料制造的纤维可以提高纺织品的强度和耐磨性，使其更加耐用。
另外，纳米颗粒能够填充在纺织品中，形成具有很高比表面积的纺织品。
这使得纺织品可以吸附并释放湿气、气体和臭味，提供更好的通风和抗菌性能。
2. 纳米涂层的应用纳米涂层技术可以为纺织品赋予各种功能性。
例如，利用纳米涂层可以使纺织品具有防水、防油、防污染和防尘等性能。
此外，纳米涂层还可以增加纺织品的防紫外线性能，为人们提供更好的防晒效果。
同时，纳米涂层还可以增加纺织品的透气性，提高人们的舒适感。
3. 纳米疏水处理的应用纳米疏水处理是一种利用纳米技术来改变纺织品表面的特性，使其具有超疏水性的方法。
通过纳米疏水处理，纺织品表面能够形成一层超疏水涂层，使水滴在其上呈现出扁平的形态，形成“莲叶效应”。
这种处理可以使纺织品在撑起水滴的同时排除水滴上的杂质，达到自洁效果，减少纺织品的清洗和维护成本。
三、纳米技术在纺织品领域的研究进展1. 抗菌性能的研究纳米技术在提高纺织品的抗菌性能方面取得了显著的研究成果。
通过纳米颗粒的应用，可以实现纺织品对细菌、真菌和病毒等微生物的高效杀灭，提高纺织品的卫生性能。
2. 智能纺织品的研发利用纳米技术，研究人员可以将传感器、电子器件和纺织品有机地结合在一起，开发出智能纺织品。
新型纺织材料的研究与创新
新型纺织材料的研究与创新近年来，新型纺织材料已经成为了纺织行业中的一个重要研究方向，众多研究机构和企业都在不断地推出新的纺织材料，以满足人们不断变化的需求。
本文将介绍一些目前正在被研究和开发的新型纺织材料，以及开发这些材料的相关技术和创新。
一、智能纺织材料智能纺织材料，顾名思义，是一种具有智能感知能力的纺织材料。
目前，智能纺织材料的研究主要集中在以下几个方面：1. 温度感应性纺织材料：这种材料可以感应周围环境的温度，并能够自动调节自身的热损失和保温性能。
2. 湿度感应性纺织材料：这种材料可以感应周围环境的湿度，并能够自动调节自身的透气性和吸湿性能。
3. 光感应性纺织材料：这种材料可以感应周围环境的光照强度，并能够自动调节自身的透气性和隐私性。
智能纺织材料的研究已经取得了很大的进展，这些材料可以广泛应用于户外运动、医疗、安保等领域。
二、高性能纺织材料高性能纺织材料是指具有高特性、高附加值、高技术含量和高使用性能的纺织材料。
目前高性能纺织材料主要有以下几种：1. 高功能纺织材料：如高渗透防水材料、高耐磨材料等。
2. 高性能防护材料：如阻燃材料、防弹材料、抗辐射材料等。
3. 高技术含量纺织材料：如导电材料、光导材料、传感材料等。
高性能纺织材料的研究难度较大，但其应用前景十分广阔，不仅可以应用于军工领域，也可以应用于医疗、环保、汽车、航空等领域。
三、环保纺织材料环保纺织材料是指不含有害物质和能够降低环境污染的纺织材料。
目前环保纺织材料主要有以下几种：1. 有机纺织材料：采用有机纤维制成的纺织材料，如有机棉、有机竹纤维等。
2. 循环纺织材料：循环利用的废弃纺织材料，如回收再利用的毛衣、床单、窗帘等。
3. 绿色纺织材料：采用生态纤维或可降解材料制成的纺织材料，如竹纤维、玉米纤维等。
环保纺织材料的研究和开发是纺织行业的重点方向之一，因为这些材料既能够满足人们的基本需求，又能够保护环境和人类的健康。
四、纳米纺织材料纳米纺织材料是目前研究的一个热门方向，这种材料具有很多优异的性能。