近期，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院/針織技術(shù)教育部工程研究中心馬丕波教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從自供電智能紗線到柔性可穿戴針織物的大規(guī)模制備。本工作提出的高強(qiáng)度智能編織紗線由高性能的超高分子量聚乙烯纖維外殼和導(dǎo)電芯紗組成，紗線柔軟、強(qiáng)度超群（393.12 MPa）、持久耐用、耐酸抗堿，制備的全柔性智能針織護(hù)肘可實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作監(jiān)測(cè)，同時(shí)為使用者提供了全方位防護(hù)，有望應(yīng)用于戶外極限運(yùn)動(dòng)、軍事活動(dòng)、高風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)生產(chǎn)、高強(qiáng)度醫(yī)療縫合等各種工況復(fù)雜的使用。場(chǎng)景相關(guān)成果以“An Ultrahigh-strength Braided Smart Yarn for Wearable Individual Sensing and Protection”為論文標(biāo)題在線發(fā)表在《Advanced Fiber Materials》期刊(IF=16.1)。江南大學(xué)針織中心2021級(jí)碩士研究生王開、沈運(yùn)初為論文共同第一作者；江南大學(xué)針織中心馬丕波教授、陳超余副研究員，無錫市第九人民醫(yī)院手外科副主任趙剛為論文共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(11972172)、中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2022TQ0123)、江蘇省自然科學(xué)基金(BK20221094)資助。論文全文鏈接為：
https://doi.org/10.1007/s42765-024-00385-w
文章概述
隨著智能生活的興起，各種柔性可穿戴傳感器在體育、醫(yī)療、人機(jī)界面等領(lǐng)域進(jìn)行了大量應(yīng)用嘗試，但綜合力學(xué)性能和柔韌性能的不足限制了當(dāng)前柔性可穿戴傳感器的防護(hù)性能、耐用性和舒適性，使其在大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用——尤其是復(fù)雜特殊環(huán)境下的應(yīng)用中，仍然面臨著一系列挑戰(zhàn)。
本項(xiàng)工作中，研究人員設(shè)計(jì)了一種超高強(qiáng)度智能編織紗線(UBSY)，并實(shí)現(xiàn)了上千米紗線的連續(xù)編織。超高分子量聚乙烯紗線外殼賦予了智能紗線優(yōu)異的強(qiáng)度、耐磨性、耐酸堿液體潑濺性、耐洗滌性和穩(wěn)定的自供電傳感性能。優(yōu)化后的高致密UBSY直徑僅為527 μm，達(dá)到了383.12 MPa的超高拉伸應(yīng)力，單根UBSY可以輕松提起9 kg的水桶，承重性能優(yōu)異。UBSY與大規(guī)模的工業(yè)化橫機(jī)生產(chǎn)適配，得到的全柔性針織智能織物柔軟、高強(qiáng)，能準(zhǔn)確地感應(yīng)壓力、頻率，不僅確保了穿戴者的人身安全和穿著舒適性，還可在復(fù)雜、危險(xiǎn)的環(huán)境中保持穩(wěn)定的傳感能力，為極限運(yùn)動(dòng)、軍事用途、高風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)制造活動(dòng)和高強(qiáng)度醫(yī)療縫合等不同領(lǐng)域的復(fù)雜特殊環(huán)境中的大規(guī)模高性能可穿戴應(yīng)用提供了切實(shí)可行的思路。
圖1 UBSY的制備與外觀
圖2 UBSY的摩擦電性能
圖3 UBSY的力學(xué)性能與耐用性
圖4 WTS的力學(xué)性能及防護(hù)性能
圖5智能護(hù)肘在戶外可穿戴運(yùn)動(dòng)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用