Adv. Mater.:纤维基智能可穿戴电子系统的研究进展


发布时间:2019-09-10 浏览量 17 views

基于纤维与纤维集合体的微电子系统在近年来得到了广泛的关注。通过智能纺织技术,人们可以将常规的纤维与织料赋予一定的功能特性,也可以设计与制备多级次纤维或纱线,并将其组装成智能织料或衣物。理想的纤维基可穿戴系统集成传感、伺服、通讯与记忆等功能,并且可以自供电、自修复与自清洁。相对于其他可穿戴体系,纤维基可穿戴系统大多轻盈、柔软,使用稳定性高,对使用对象日常行为的干扰小,并且可以结合服装设计,获得更好的美感与舒适度。纤维基可穿戴系统在人机交互、医疗保健、物联网、交通运输以及智能城市等领域有着广泛的应用。目前,对于纤维基可穿戴系统的研究融合了物理、化学、材料、纺织工程、电子工程等多个学科,在基础研究与技术应用中都有着广阔的前景。
 


图1. 人体表面的智能可穿戴系统载体。


香港理工大学智能可穿戴研究中心的陶肖明教授课题组多年来一直从事纤维基可穿戴微电子系统的研究,在纤维基电路、传感器、能源器件以及纺纱工艺等方面进行了许多系统而深入的工作。近日,陶肖明教授团队系统总结了这一领域近5年的研究工作,于Advanced Materials期刊上发表了题为“Smart Textile Integrated Microelectronic Systems for Wearable Applications”的综述文章。文章第一章介绍了纤维基可穿戴微电子系统的一些基本概念。在第二章里,作者列举了纤维基器件的制备工艺,包括表面镀膜、打印、纺丝,以及通过编织、刺绣等工艺将功能纤维制成智能织料等。第三章中,作者详细介绍了纤维基可穿戴系统的功能元件,包括传感器、效应器、显示装置、电路板、能源装置等,并对近年来海量的工作进行了详细的描述、对比与评价。第四章中,作者介绍了构建包含多种功能元件的集成系统的一些方法与必备要素,包括控制器、计算器、连接装置与数模转换装置等。尽管针对这些方面的研究热度相对低于纤维基器件,但这些元件对于纤维基可穿戴系统的构建至关重要,在工程领域有着显著的意义。第五章中,作者对纤维基可穿戴系统的应用进行了介绍。尽管目前纤维基可穿戴系统以应用于人类为主流,然而目前,针对于非人类体系的应用也有了许多尝试,包括建筑质量监测、管道运输监测、畜牧管理等。第六章中,作者系统描述了纤维基可穿戴器件相关的安全问题,包括材料安全与信息安全,这在先前该领域的综述中十分罕见,也进一步提高了本综述对工程领域的侧重。最后一章中,作者简要总结和展望了这一领域的研究与发展。
 


图2. 纤维基可穿戴电子系统的应用场景。


值得一提的是,陶肖明教授团队5年前在同一期刊也发表了题为“Fiber-Based Wearable Electronics: A Review of Materials, Fabrication, Devices And Applications”的综述文章。本次新综述的发表不仅展示了近5年中材料与技术的革新,也从更广阔、更深入的角度对该领域进行了分析与展望。能够在5年后再度接受同一主题的邀稿,也从侧面说明该杂志对陶肖明教授团队工作的认可。
      本综述的第一作者为香港理工大学纺织服装学系的博士后史济东与博士生刘苏,通讯作者为香港理工大学纺织与服装学系的陶肖明教授、陈韦教授以及应用物理学系的柴扬教授。本综述的撰写也得到了华南理工大学与中科院苏州纳米所研究人员的参与和帮助。

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901958):

Smart Textile-Integrated Microelectronic Systems for Wearable Applications
Jidong Shi, Su Liu, Lisha Zhang, Bao Yang, Lin Shu, Ying Yang, Ming Ren, Yang Wang, Jiewei Chen, Wei Chen, Yang Chai, Xiaoming Tao
Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201901958


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        文章来源: 材料与测试,于 2019-09-10,由 找我测 编辑发表 。

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