综述：纺织混合电子学用于多功能可穿戴集成系统

这篇综述系统阐述了纺织混合电子学（THE）如何通过柔性/刚性组件异质集成，突破传统可穿戴设备在透气性、机械适应性与系统级功能间的矛盾。文章详述了跨尺度制造策略（如激光诱导石墨烯LIG、液态金属LM印刷）和异质集成技术（如层对层LBL、纤维内集成），并展望了分布式智能系统在健康管理（ECG/EMG监测）和人机交互（触觉反馈、显示纺织）中的应用前景。

　　

纺织混合电子学的材料革命

纺织电子学正经历从单一功能向系统级集成的跨越。传统织物凭借固有的透气性和机械柔韧性，成为可穿戴设备的理想载体。早期通过简单缝合导电纱线与现成电路板的方式，已被柔性电子技术颠覆。如今，纺织混合电子学（THE）通过将低模量柔性组件（如PEDOT:PSS传感器、ZnS发光纤维）与高模量刚性组件（如硅芯片、Bi合金焊料）无缝集成，实现了穿戴舒适性与复杂功能的统一。

材料创新驱动多功能集成
纺织基底的选择直接影响生物相容性：尼龙凭借低成本和高延展性成为日常穿戴首选，凯夫拉尔（Kevlar）因卓越的机械强度适用于防护场景，而纤维素基材料则因可降解特性引领环保趋势。柔性组件的核心材料体系更为多元：

• 导电互联依赖Cu/Ag的金属特性或LM的流体导电性
• 传感功能通过碳材料（应变响应）、MXene（超敏压力检测）或离子TPU（EDL效应）实现
• 能源存储采用Zn-O₂/Li-O₂电池体系或MOF衍生电极超级电容
• 发光组件基于ZnS:Cu/BaTiO₃复合材料的电致发光效应

跨尺度制造技术突破

柔性组件制备呈现多技术路线并进：

• 直接印刷通过调控Ag纳米墨水粘度，在平纹织物实现16±3 mΩ/sq方阻
• 转印技术利用水溶性透明质酸载体，实现5μm级金属图案精准转移
• 激光直写将凯夫拉尔转化为多孔LIG，并可通过PEDOT:PSS修饰提升电生理信号采集质量
• 光刻辅助工艺结合聚合物辅助金属沉积（PAMD），在编织结构上获得400μm线宽电路

刚性组件集成存在两大范式：

• LBL策略通过低温焊料（138°C熔点的Bi合金）或混合LM焊料（耐受1500%应变）连接芯片与织物电路
• 纤维内集成采用热拉伸技术，将加速度计、BLE模块等嵌入聚合物纤维，形成分布式计算节点

健康管理与人机交互应用

透皮监测系统展现临床价值：

• 基于LM-水凝胶电极的BreCARES系统在ICU环境中实现医疗级ECG监测，与商业设备相比显著降低皮肤炎症风险
• 集成EMS和EMG的纺织臂环能通过肌肉电刺激加速疲劳恢复，肌力恢复效率提升37%

交互技术突破传统限制：

• 热拉伸集成的Ge纤维LED腕带实现PPG脉搏监测，信噪比达商用设备的92%
• 128通道电触觉手套通过分布式电极阵列，在VR网球游戏中实现动态力反馈
• 644像素无芯片纺织触控板利用人体电磁能量采集，实现零延迟图案显示

未来趋势与挑战

分布式智能架构将成为发展方向：柔性组件负责信号感知（如MXene压力传感器阵列），纤维内THE进行边缘计算（如运动模式识别），LBL模块作为中央处理枢纽。当前仍需突破：

• 应变调控：通过梯度刚度设计缓解异质界面机械失配
• 模块化接口：可拆卸导电粘合剂提升系统可维护性
• 透气封装：静电纺SBS多孔膜实现防水透气的双重保护

随着材料科学与制造工艺的协同进步，THE有望将临床级监测、智能交互等高级功能融入日常服饰，重塑健康管理与数字生活的边界。