前言

可穿戴传感器，尤其是纺织品传感器或织物传感器，近年来已成为主流，并引起了研究人员的极大兴趣。通过其特殊的结构，纺织品传感器呈现出其他现有电子制造技术无法实现的物理灵活性和典型尺寸。在过去的几年里，人们对织物传感器的发展及其物理特性进行了许多研究。这些研究包括柔性压力、应变、温度和电磁传感器。在这些传感器中，压力传感器已成为研究最活跃的研究领域之一。压力纺织品传感器能够在曲线表面紧密贴合或直接附着在衣服上，这在新一代便携式和可穿戴电子产品中非常重要。为了设计和制造压力传感器，已经得到了许多研究成果，比如在软机器人学、人体生理监测、保健、人机界面、电源、柔性电子元件等领域。

研究内容

韩国的研究人员本开发了基于单壁碳纳米管(SWCNT)、可拉伸银墨、封装膏和薄间隔织物的纺织传感器。银浆层有助于传感器在可穿戴设备应用中具有导电性、灵活性和拉伸性。此外，单壁碳纳米管层将确保在工作循环下电导率的快速恢复。此外，封装/聚酯纱线层将保证传感器结构即使在大变形下也具有恒定和鲁棒的弹性。研究人员展示了这种传感器在手套上监测手指运动的应用。特别是，为了加速智能纺织品和机器学习算法的收敛，开发了自适应神经模糊网络，以便通过分析来自集成传感器的智能袜子的数据来监控人类步态。

实验方法

将SWCNT油墨(0.1重量%)在自动搅拌机中搅拌并超声处理，温度为60-80℃，时间为2小时，电机转速为1000转/分。银浆储存在冰箱(4摄氏度)中，盖子密封。该过程允许去除导电油墨和浆料中的气泡。通过丝网印刷技术以30毫米/秒的速度将单壁碳纳米管印刷到间隔织物的顶面上，并通过双向干燥机在10分钟内干燥(180 ~ 200 ℃)，以去除多余的水。之后，印刷银浆在15分钟内再次干燥(120 ~ 150 ℃)，以除去溶剂。将相同的工艺应用于间隔织物的底侧。然后，传感器由激光切割机成形，以便产生任意的、可定制的单独形状。最后，将封装膏注入间隔层(聚酯纱线层)，并在12分钟内干燥(120℃)。在该步骤的最后，获得了具有两个电极层的电容式压力传感器，这两个电极层由高度可拉伸的银/单壁碳纳米管层构成，并且由作为电介质的封装/聚酯纱线层分隔开。由于使用了薄的间隔织物，传感器的最终厚度很小，适合许多耐磨应用。

电容式压力传感器的制造工艺。

万能试验机示意图(UTM)。

将封装膏注入间隔层；电容变化与0 - 100千帕施加压力之间的关系。

智能纺织手套示意图。

结论

研究人员提出了一种基于电容式压力传感器的间隔织物，其具有高灵敏度/弹性和非常快的响应时间。对于电极层，通过印刷单壁碳纳米管/银油墨获得高导电性织物，以提高在大变形下的耐久性。电介质是聚酯纱线和包封糊的网络，以保证强健的恢复能力。对于敏感应用，提出了用于抓取物体的智能纺织手套。最后，开发了智能袜子传感器和自适应神经模糊推理系统模块的完整组合，以高精度分析行走步态的各个阶段。这些应用表明，所制作的传感器可用于机器人控制或人体运动识别领域的大范围可穿戴应用。

https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112029。