综述：面向下一代可穿戴技术的多功能纤维基传感器

本综述系统探讨了纤维基传感器在柔性可穿戴领域的创新进展，重点分析了多种导电材料（如石墨烯、MXene、CNTs）的特性、复合结构设计策略（如多层导电涂层）以及多种传感机制（压电、电容、摩擦电等）的集成，为健康监测、智能纺织品和人机交互等应用提供了多功能、自供电的解决方案。

　　

导电材料

在光纤传感器的开发中，导电涂层材料的选择是实现多功能传感与系统集成的核心基础。通过开发兼具高导电性、生物相容性和光电特性的新型材料，可将传感、电能传输和生物交互等功能集成于单一光纤平台，推动技术向自供电、可植入和可降解方向发展。常用的导电涂层包括石墨烯（graphene）、黑磷（black phosphorus）、金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、碳纳米管（CNTs）、导电聚合物（CPs）和MXene等。天然纤维（如棉、丝）具有优异的生物相容性和舒适性，而合成纤维（如聚氨酯PU、聚偏氟乙烯PVDF、聚酯PET）则通过可控加工赋予良好的机械强度，两者分别适用于生物医学和高性能传感场景。

导电纤维制造技术

导电纤维的制备方法（如静电纺丝、湿法纺丝、涂层、原位聚合、编织和增材制造）不仅决定了功能材料的集成能力和结构形态，更是实现多模态传感、构建生物相容界面以及集成能量收集与存储的基础制造途径。核心挑战在于在柔性纤维基底上构建稳固的导电网络，同时保持其机械柔韧性和穿着舒适性。通过多层涂层或功能化改性，纤维传感器可集成多种传感能力，提升其实用性。例如，采用浸涂、化学气相沉积（CVD）、原位聚合等技术，可在纤维表面形成导电层或嵌入传感元件，从而增强灵敏度和稳定性。

纤维传感器的工作原理

纤维传感器的工作机制主要包括压电式、电容式、摩擦电式和光学式。不同机制可针对生物信号采集和人机交互中的特定应用进行优化：压电传感器在低应变水平下表现出高灵敏度，适用于捕获脉搏和呼吸等微弱生理信号；摩擦电纤维可实现自供电信号检测，并支持机械能收集；电容传感器通过电场变化检测压力和触摸，具有高灵敏度；光学传感器则通过光信号变化实现精确的生理监测和远程数据传输。协调多种传感机制可使纤维传感器在多样环境中保持可靠性能。

纤维传感器的性能提升

光纤传感器的检测性能受材料特性、结构设计、界面兼容性和环境因素共同影响。材料的电导率、官能团类型和反应性直接决定灵敏度和选择性；纤维的微观结构（如孔隙率、比表面积）和宏观排列影响应变响应和信号传输效率。界面结合强度决定了导电层在变形下的稳定性，而温湿度等环境因素可能导致信号漂移或材料降解。通过复合涂层和结构优化（如螺旋结构、多孔导电网络），可同步提升机械耐久性、环境适应性和信噪比。此外，自愈合材料、自适应算法和多功能集成设计进一步提高了传感器在长期使用中的可靠性和应用范围。

纤维传感器的应用

纤维传感器凭借其灵活性、可穿戴性和高灵敏度，在众多领域展现出巨大潜力。在视觉交互领域，可用于智能服装和电子纺织品，实现手势识别、触摸传感和动态显示，增强人机交互体验；在能量收集领域，基于摩擦电或压电效应的纤维可将人体运动或环境振动转化为电能，为可穿戴设备提供自供电解决方案；在个人热管理领域，通过焦耳加热或辐射冷却功能，实现动态温度调节；在生物医学领域，可编织成织物进行实时生理监测（如心率、血氧、肌电信号），甚至作为体内给药平台，在运动传感和虚拟现实中，支持柔性电子皮肤、触觉反馈和沉浸式控制。

结论与展望

轻量、柔性、环保、亲肤且舒适的光纤智能传感器已逐渐成为新一代可穿戴设备的核心组件，在保证佩戴舒适度的同时，实现了对人体健康状态的精准监测。通过合理的结构设计和材料选择，可进一步提升传感器的灵敏度、稳定性和多功能集成能力。未来研究应聚焦于可扩展的稳健制造策略、开发耐用的自适应导电材料、设计可生物降解或可回收的光纤传感器，以加速光纤传感技术的实际应用。同时，长期稳定性和能量自主性将是关键研究方向，推动该技术向更智能、更可持续的方向发展。