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。
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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
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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
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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
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专题与论述
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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
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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
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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。
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2013 年 12 月 第6期 （总 165 期 ）
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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