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  纖維具有加工靈活性、穿著舒適性、出色的使用壽命及低成本和大規模生產的高可行性等諸多優勢，因此基于纖維的可穿戴應變傳感器在近年來受到了廣泛的關注，并逐漸在運動檢測、醫療保健、人機交互、人工智能等方面展露出優秀的研究價值及應用前景。英國曼徹斯特大學李翼教授、李加深博士團隊和福州大學賴越坤教授團隊結合近年來的典型案例，對纖維基的可穿戴應變傳感器研究進展進行了系統性的評述。該工作重點強調了器件的穿著舒適性，在穿著微氣候以及復雜力學輸入中的傳感穩定性和抗干擾等性能，并指出了相關研究的未來發展方向。

圖1. 圖文摘要

  使用導電纖維制造應變傳感器是生產相應的高性能纖維基可穿戴傳感器的重要手段。現階段主要制造手段可分為紡絲、表面涂層和誘導結構轉變三種，并在文章中展示了其在高性能及低成本等方面取得的可觀研究成果。本工作同樣通過對于彈性體封裝和無封裝傳感器的分類討論，系統分析了主流的應變傳感機理。在使用彈性體支撐的相應設備中，導電纖維和彈性體分別充當傳感元件和機電保障組件。由于兩者的機械性能存在明顯差別，因此拉伸過程中導電纖維所產生的裂縫或斷裂等會導致電阻的顯著增加，而大量的相關成果反映了其出色的靈敏度及拉伸性。相比于被封裝的傳感器形態，無封裝的纖維基應變傳感器可提供更優秀的穿戴舒適度，且能夠更方便地通過表面處理或纖維混合等方式與紗線乃至織物集成（圖2）。相較于多數彈性體封裝的制造方法，無封裝的纖維基導電纖維可與紡織品靈活結合，通過調整紡織品及導電纖維的材料，結構，圖案準確控制該織物的性能。例如編織、刺繡、針織、編織等等多種傳統紡織工藝則可進一步給予無封裝傳感器大規模生產及提高舒適度的可能。

圖2. 各類無封裝的纖維基應變傳感器. （a-b）通過縫紉方式將導電紗線引入紡織品的示意圖及導線在0和50%應變下表面形態的變化.（c-f）通過刺繡方式將銅沉積紗線刺繡到織物中的示意圖及圖像.（g）該刺繡傳感器在不同狀態下的電阻模型變化. （h-j）使用圓形針織機制備多種結構應變傳感器紡織品的示意圖及照片. （k-l）上述傳感器中導電纖維表面產生的拉伸裂紋. （m-n）使用導電紗線制備針織應變傳感器的工藝及結構示意圖. 

  通過身體監測，人機交互/娛樂及功能集成三個方面（圖3），文章詳細論述了纖維基的可穿戴應變傳感器近年來開拓的應用場景與可行優化。靈敏度的提升給予了相關設備實時偵測例如聲帶震動，咀嚼，面部表情變化，脈搏甚至心跳等微小形變的能力，展現了面部傳感與健康指標監控等方面的潛力，而高拉伸性同樣提供了監測關節運動狀態的可能。在衣物中添加多個傳感器構成身體傳感網絡，以此全方位檢測身體狀況的想法同樣于近年獲得了關注與研究。將多個高性能可穿戴應變傳感器組成陣列，并集成于手套，袖套等傳統紡織品上則可以提供手部等部位的高性能運動監測，展現了人機交互等復雜情況下的應用場景。文章同樣關注了對于纖維基傳感器可靠性的提升以及多功能化的研究進展，例如減少濕度，溫度或是其他形變對傳感器穩定性的影響，以及對于其他環境刺激的同時傳感。

圖3. (a-c) 可穿戴應變傳感器測量微小形變.(d) 可穿戴應變傳感器測量不同步態下的膝蓋運動情況.（e）身體傳感網絡測量全方位數據.（f）通過手部傳感器陣列實時監測手部運動.

  現如今，基于纖維的可穿戴應變傳感器擁有了優異的性能，成熟多樣的制備方法以及廣泛多樣的應用場景。未來的發展發向主要集中在4個方面：1）傳感性能的提高，尤其是線性響應性能和低的滯后性；2）可穿性和穿著舒適性的優化；3）在復雜穿著界面和環境中的傳感穩定性；4）傳感和網絡平臺的構建的未來通訊和監測系統。

  相關內容于近期以Functionalized fiber-based strain sensors: pathway to next-generation wearable electronics為題發布于Nano-Micro Letters 期刊上。該論文的通訊作者為曼徹斯特大學李翼教授、李加深博士，福州大學賴躍坤教授；曼徹斯特大學材料系博士生劉澤堃以及福州大學化工學院博士后研究員朱天雪為共同第一作者。

  論文地址：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-022-00806-8