基于棉质多功能导电纱线的针织应变传感器在人体运动监测中的应用研究

推荐：为解决可穿戴传感器在耐久性和舒适性方面的挑战，研究人员开发了一种基于棉质多功能导电纱线的针织应变传感器。通过设计不同组织结构（平纹、罗纹和纱罗组织）并评估其性能，发现银尼龙+丙烯酸/棉混纺的1#织物具有最佳导电性和传感稳定性。该研究为智能纺织品在人体运动监测领域的应用提供了新思路。

　　

随着智能软材料的发展，纺织品传感器在健康监测和人体运动检测领域展现出巨大潜力。然而，如何将多功能导电纱线集成到服装中，使其既舒适耐用又具备良好的传感性能，一直是实际应用中的主要挑战。当前市场上的传感器往往存在舒适性差、耐久性不足或灵敏度不高等问题，限制了其在日常穿戴中的广泛应用。

针对这一难题，来自国内某研究机构的研究团队开展了一项创新性研究，开发了一种基于棉质多功能导电纱线的针织应变传感器。这项研究发表在《Industrial Crops and Products》期刊上，为解决可穿戴传感器的舒适性和功能性平衡问题提供了新方案。

研究人员主要采用了五种关键技术方法：1）手工平针织机（GSJX-HF-42）制备不同组织结构的针织面料；2）苯胺溶液涂层处理增强导电性；3）扫描电子显微镜（SEM）观察表面形貌；4）傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析化学键变化；5）数字电桥测试电化学性能。

研究结果部分：

1. 制备织物的基本性能
   通过测试四种织物的纬密、经密和厚度，发现4#织物（PET/棉/粘胶+石墨烯纱线+聚酯/棉）具有最紧密的结构，而1#织物（银尼龙+丙烯酸/棉）组织结构较为疏松。

2. 设计工艺与机械性能
   SEM观察显示1#和2#织物表面相对平整光滑，3#织物因花式纱线存在呈现蓬松效果。机械测试表明3#和4#织物具有最大的拉伸强度，这归因于其复杂的组织结构中存在的σ和π键。

3. 表面形貌与穿着性能
   FT-IR分析显示涂层后2#织物在1581 cm^-1
   处出现明显的-NH弯曲振动峰，证实了苯胺溶液的成功涂覆。悬垂性测试显示2#和4#织物具有最佳的悬垂性能，而透气性测试表明3#和4#织物表现最优。

4. 涂层织物的导电性能
   电化学测试表明涂层后所有织物的电阻显著降低，其中1#织物在3000次拉伸循环中保持最稳定的电阻变化，展现出最佳的传感稳定性。

5. 优选导电织物的传感应用
   将1#织物应用于人体关节监测，发现在不同弯曲角度（30°、60°、90°和120°）下均能产生规律的电阻变化，特别在90°时表现出最稳定的传感性能，电阻变化率维持在-0.06-0.08%范围内。

研究结论指出，通过将五种棉型导电纱线编织成不同组织结构，成功开发出具有良好传感性能的针织应变传感器。其中银尼龙+丙烯酸/棉混纺的1#织物展现出最佳的导电性和传感稳定性，电阻变化率小且重复性好。这项研究不仅为智能纺织品的设计提供了新思路，其优异的穿着性能（包括悬垂性、抗起球性和透气性）也使其在实际应用中具有显著优势，为人