【Nature Communications】基于高性能离子导电蚕丝纤维的智能感知纺织品

2025-03-04ASPCMS社区 - fjmyhfvclm

️【研究背景】

基于纺织品的电子产品在柔性、透气性和舒适性方面优于传统柔性薄膜电子产品，有望推动智能可穿戴设备的发展。尽管电子纺织品已在通信、传感、显示和供电等方面取得进展，但能够精确定位触摸并识别火灾、水灾等危险的感知纺织品尚未实现。为此，需要开发柔性、稳固且导电的纤维。虽然金属导线和纳米碳基纤维导电性好，但易在受力或弯曲时损坏。几何设计如蛇形结构可增强可拉伸性，但与纺织品兼容性差且成本高。离子凝胶因其柔性、导电性和生物相容性，成为编织智能纺织品的理想材料。

鉴于此，清华大学️张莹莹教授课题组，在" Nature Communications"期刊上发表了题为“Intelligent perceptual textiles based on ionicconductive and strong silk fibers”的最新论文。️作者提出一种丝素离子水凝胶（SIH）纤维，能够精确检测外部危险和人类触摸的智能感知纺织品的制造。采用连续湿纺丝工艺制备了SIH纤维。此外，还演示了SIH纤维在感知纺织品中的应用。集成SIH纤维的电路可以对诸如火灾燃烧、水浸泡、尖锐物体切割和手指触摸等刺激显示瞬时和特征响应，赋予基于SIH纤维的智能纺织品具有传感保护能力。同时，作者还证明了所设计的感知纺织品能够精确地检测触摸的发生和位置。能够完全准确定位人体触觉的感知纺织品的开发将会给人机界面带来革命性的变化，提供出色的灵活性和舒适性，这将会为人类的智能生活带来极大的便利。

️【文章亮点】

️1、创新材料设计：提出了基于导电丝素蛋白离子水凝胶（SIH）纤维的智能感知纺织品方案，结合了高断裂强度（55 MPa）、优异延展性（530%）和稳定导电性（0.45 S·m⁻¹），得益于定向结构和离子掺杂。

️2、多功能感知能力：纺织品能够对外部危险（如火灾、水和尖锐物体）做出电响应，为机器人提供有效防护。

️3、精准触摸检测：设计了可精确定位人体触摸的感知纺织品，为人机交互提供了高效、便捷的界面。

️【图文解读】

️图1 基于丝素蛋白离子水凝胶（SIH）纤维的制备。a SIH纤维制备的示意图。b SIH纤维卷的照片。c、d SIH纤维SEM图像，显示其横截面（c）和表面（d）形态。e SIH纤维卷在彩色图像上的照片，显示其透明度和外观。f 由SIH纤维制备的平纹织物，展示了SIH纤维的可织性。g 电致发光的“SILK”图案，SIH纤维作为柔性透明电极。

️视频1 以SIH纤维作为外部电极的“SILK”图案显示器件

️图2 不同SIH纤维样品的组成和结构分析。a，b TG（a）和DTG（b）曲线。c SEM图像和相应的EDS映射。d FTIR光谱。e 不同SIH纤维样品的二级结构含量。f SIH纤维的POM图像。比例尺，500μm。

️图3 SIH纤维的机械和电学性能。a 具有不同浓度[Emim]BF4的SIH纤维的应变-应力曲线。b 制备过程中采用不同拉伸比例处理的SIH纤维的应变-应力曲线。c SIH纤维的导电率与[Emim]BF4浓度的关系图。误差棒显示标准偏差（每组n = 3）。d-f 当SIH纤维受压（d）、弯曲（e）、拉伸（f）时电流的演变，显示在机械变形下的稳定导电性。插图显示相应的图像。

️图4 SIH纤维对火、水和切割的电响应，在识别和警示危险方面显示出潜在的应用。a 示意图展示了一个机器手戴着一块基于SIH纤维的纺织品，可以检测火烧、水浸和锋利物体切割。b-g SIH纤维对火（b, c）、水（d, e）和切割（f, g）的特征电学响应以及相应的工作机理。

️图5 基于SIH纤维的感知纺织品用于人机界面。 a 插图显示一个人触摸基于SIH纤维的纤维/纺织品来控制机器手势。b 基于SIH纤维的触摸纤维的电路图。c 根据（b）中触摸点位置计算得出比例因子k和位置x。d 基于SIH纤维的触摸纺织品的电路图。e 根据（d）中触摸位置计算得到的触摸点。f 通过触摸基于SIH纤维的感知纺织品来控制各种设备的图示。

️【结论与展望】

作者利用具有高强度（55 MPa）、优异延展性（530%）和稳定离子导电率（0.45 S·m⁻¹）的导电丝素蛋白离子水凝胶（SIH）纤维，开发了一种革命性的感知纺织品。这种纤维通过连续湿法纺丝工艺制备，由天然纤维素、离子液体和甘油组成，具有半结晶和定向结构，性能远超其他离子水凝胶纤维。基于SIH纤维的优异机械和电学性能，作者设计了能够感知火灾、水和尖锐物体等危险的防护纺织品，并集成了表面电容触摸电路系统，可精确定位手指触摸，适用于可穿戴人机界面。该纺织品已成功用于远程控制机器人手，展示了其在远程控制和通信等领域的潜力。由于SIH纤维具有可持续性、生物安全性和生物降解性，作者预计其将成为制造其他功能材料的优异候选者。

️【参考文献】

Lu, H., Zhang, Y., Zhu, M. et al. Intelligent perceptual textiles based on ionic-conductive and strong silk fibers. Nat Commun ️15, 3289 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-47665-y

️SG-2025第十一届国际智能服装服饰产业大会(泉州)

️2025国际智能纺织品技术创新大会（泉州）

—服装服饰产业的功能化，智能化转型升级之路

时间：3月28-29日地点：福建.泉州

️会议背景

最新市场调研数据显示，2024 年全球智能纺织品市场规模已达显著水平，并持续保持高速增长态势，预计将突破新里程碑，达数百亿美元级别。在中国市场，智能纺织品行业发展显著,市场规模不断扩大，已成为全球智能纺织品市场的重要组成部分。

智能纺织品产品类型丰富多样，涵盖具备温度调节、健康监测、安全防护、防暑降温等多种功能的纺织品。其应用领域广泛，除服装服饰、家居家纺、医疗健康领域外，还将在户外健身、智能交通、航空航天等新兴领域广泛应用。

SG2025 第十一届国际智能服装服饰产业大会(泉州)及2025国际智能纺织品技术创新大会将于3月28-29日在福建泉州召开，大会以 “功能化创新智能化升级” 为主题，聚焦智能服装服饰及纺织品发展的关键共性问题，探讨产业发展趋势与融合解决之道，展示最新成果、前沿技术和产品，推动行业应用与消费普及，搭建创新合作、国际交流与成果展示平台，汇聚全球要素资源，致力于将其打造为全球智能服装服饰及智能纺织品领域的顶级峰会。

️组织机构SG 2025

️主办单位

SG 上海国际智能服装服饰博览会组委会、深圳市智能服装服饰产业发展研究会、中国国际贸易促进委员会上海浦东分会、深圳市计量质量检测研究院、国家数字电子产品质量监督检验中心、江苏服装品牌协同创新中心、中国纺织工业联合会纺织行业智能纤维技术与制品重点实验室、上海福琼展览有限公司

️承办执行单位

上海福琼展览有限公司

️赞助支持单位

龙岩凯隆科技有限公司、绍兴运佳纺织品有限公司、桐乡市云皓碳纤维科技有限公司、苏州圣巧衣服饰有限公司、泰和新材集团股份有限公司、东莞阿丁实业有限公司、广东富信科技股份有限公司、深圳挺美健康科技有限公司、碳基时代(深圳)储能技术有限公司.....

️历届参与高校及企业SG 2025

劲霸、七匹狼、红豆集团、安踏、如意集团、波司登、柒牌、爱慕股份、南良集团、骆驼、森马服饰、太平鸟服饰、杜邦集团、上海纺织集团、广东省丝纺集团、鲁泰集团、华纺股份、九牧王、愉悦家纺、乔顿、乔治白、乐卡克、都市丽人、三六一度、好孩子、艾莱依、乔丹、李宁、特步、卡尔丹顿、龙岩凯隆、智裳科技、叠加态、启源纳米、映浩智能、韧和科技、苏州捷迪、走运健身、极展科技、三致锐新、凡客诚品、高梵服饰、曼妮芬、咕咚、报喜鸟、AIQ、九九华联、龙岩岳凯、中科海势、大锌能源、太平鸟服饰、即发集团、小米生态链、腾飞股份、暖康服饰、深圳智裳、烯旺新材料、挺美健康、超能电子、福州领头虎、成都凡米、铜牛集团、创新爱尚家、泰戈芯、走运健身、洁尔爽、千义服饰、心韵恒安医疗、韶音科技、蒂姆服装、圣巧依、晟旺新材料、昇特智能、优普泰、中纺国际、富信科技、东鼎里、霍尼韦尔、苏州美山子、香奈儿、阿丁实业、能斯达、烟台经纬智能、亚厚纺织、钛深科技、深圳柔宇、天创新材料、陆军医学中心、海军医学中心、解放军 93114 部队、深圳添金利、睿鼎资本、红豆投资、创元投资、先德投资、中知厚德投资、东华大学、香港理工、SMQ、松山湖材料实验室、闽江学院、纳米能源所、复旦大学、中科院宁波材料所、中纺院、浙江理工大学、北京服装学院、南通大学、华东师范大学、厦门理工学院、江南大学、武汉纺织大学、河北大学、泉州师范大学、清华大学、天津工业大学、上海应用技术大学、中国科大、中科院苏州纳米所、大连工业大学、浙江理工大学、江苏工程职业技术学院、清华柔电院、西安工程大学、旭日广东服装学院、浙江工业大学、合肥公共安全研究院、广东工业大学、五邑大学、义乌工商学院、嘉兴职院、中纺标、广检集团、华东师大、浙江工业大学、西北工业大学等。

️议程概括SG 2025

️3月28日

️主题一：服装品牌转型、功能化、智能化洞察

智能服装现状研究及发展趋势。

电子设备及传感器嵌入衣服中监测人体健康数据分析。

智能服装服饰品牌应用场景案例分析。

传感器纤维面料、电子纱线传感器等在运动健身应用分析。

智能服装数据传输与安全防护救援问题实时感知用户。

人工智能赋能智能服装服饰行业发展。

加热材料在户外装备中的应用。

交互面料的防水性电子元件性能提升。

2025 年智能纤维发展前景预测。

可变色布料与时尚设计和个性化智能服装。

智能织物推动服装创新应用，远程医疗、体温调节。

智能恒温服创新性研究与开发。

️主题二：新材料、新技术、新产品关键技术突破

人工智能技术和计算机辅助设计（CAD）智能设计与生产。

柔性可穿戴智能材料与传感器。

柔性 3D 打印技术在服装设计中的发展现状及趋势。

相变储能材料、辐射冷却材料等高新材料在服装中的应用。

纤维锂离子电池的最新突破。

复合材料在低温环境工作服中的最新技术应用。

柔性电池最新技术突破。

智能纤维织物及其制品的 2025 新应用。

半导体制冷在智能服装的应用。

液态金属基导电纤维复合型面料的研究及应用。

石墨烯纳米技术在恒温服装中的应用。

纤维基智能可穿戴微电子系统的研究进展。

导电纱线及导电芯在智能运动服装的应用。

纳米级纤维与叠加纺织面料 “黑科技”。

纳米富勒烯 C60 在锂离子电池中的应用。

气凝胶纤维在服装中（户外服饰）的应用。

火山岩面料在服装中的应用。

️3月29日

️主题三：智能服装在健康医疗领域应用

智能健康监测服装的研究现状与发展趋势。

温敏纤维对监测人体体温。

智能服装赋能疾病早期监测。

睡眠监测体动、心率、呼吸等参数。

智能服装运动监测和分析。

智能服装促进心血管系统康复。

智能服装对血压监测、血糖监测。

智能服装系统嵌入传感器监测健康。

智能医用防护服的发展与应用。

健康与防护用智能纺织品及可穿戴应用。

智能心电衣对心血管疾病早期监护监测。

️主题四：智能纺织品在家居家纺领域应用

以数智科技共话家居未来。

智能造就健康睡眠，全新智能床掀起睡眠革命。

AI 智能在家纺行业的具体应用。

科技创新引领家纺新消费新潮流。

火山岩纳米材料在家纺应用中的应用。

高科技新材料填充绒在家纺的作用。

️主题五：智能科技赋能户外着装：探索智能及功能性服装的无限可能

智能功能性面料的创新与突破。

智能功能性服装的人体工程学设计与舒适性优化。

智能功能性服装的能源管理与续航技术。

智能功能性服装与户外安全防护的深度融合。

智能功能性服装在户外运动竞技中的应用与竞技表现提升。

智能功能性服装的市场趋势与消费者洞察。

️部分确认演讲议题SG 2025

胡金莲香港城市大学生物工程系讲座教授、美国发明家科学院院士

演讲议题：纳米纤维材料在可穿戴电子上的应用 /服装的制冷材料及其应用

张仕华龙岩凯隆科技有限公司创始人

演讲议题：智能服装产业链之智能服装ODM/OEM

阚晓敏深圳挺美健康科技有限公司董事长

演讲议题：医疗级生命光波柔性纳米膜产业及创新应用

李翼英国曼彻斯特大学材料系讲席教授、英国皇家艺术院终生院士

演讲议题：户外着装产业链数字孪生：材料-产品-市场的协同创新

王锦中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

演讲议题：气凝胶的可穿戴化设计及其综合热管理技术

段宇晶北京中科海势科技有限公司董事长

演讲议题：解锁薄暖科技，SYCORE-TEX助力品牌破局寒冬

李婷婷天津工业大学纺织科学与工程学院教授

演讲议题：用于能量收集的智能可穿戴纺织品的设计及其应用研究

李英栋泰和新材集团股份有限公司总经理

演讲议题：莱特美在智能纺织品领域的开发与应用

汪滨北京服装学院材料设计与工程学院副教授、科学技术处副处长

演讲议题：多功能纳米纤维柔性传感器的开发

郭诗辉厦门大学信息学院副教授，中国工程院与英国皇家工程院创新领军人才，小米青年学者

演讲议题：基于智能传感服装的人体运动捕捉系统与方法

樊好义郑州大学计算机与人工智能学院博士，副研究员

演讲议题：基于人工智能的可穿戴生物电信号自动分析方法与应用

张如范清华大学化工系副教授

演讲议题：集成针织导汗和涂层导热的辐射制冷超织物

于志财武汉纺织大学教授

演讲议题：纤维基温度-有毒气体双模式传感器及其在复杂火场环境中的应用

焦书敏广东富信科技股份有限公司营销部长

演讲议题：半导体降温空调衣

刘士萌碳基时代(深圳)储能技术有限公司总经理

演讲议题：CZCPCM27℃引领相变穿戴科技新纪元

崔丽娜泉州师范学院纺织与服装学院教授、副院长

演讲议题：待定

注:以上排名不分先后,更多确定演讲议题陆续更新中,请联系组委会获取最新大会议程

️产品展示范围SG 2025

️智能服装服饰

运动服、心率衣、心电衣、温控服、理疗服、防护服、变色服、定位、防丢服、牛仔服、变色服、礼服、羽绒服、潜水服、童装、婚纱服、婴幼儿服装、内衣、睡衣、文胸、内裤、T 恤背心、衬衫、雨衣、冲锋衣、航空服、军服、医疗服、警察服、量子服饰、石墨烯服饰、消防服、抗菌服等各智能功能服、智能定制品牌、智能枕头、智能被子、智能毯、智能鞋、智能帽、智能袜、智能领带、口罩、户外装备、户外服饰、智能背包、沙发家纺、床上用品等

️智能服装技术及硬件

AI人工智能技术、AI与服装设计、AI与时尚科技、电子信息技术、传感器技术、触控技术、生物识别技术、RFID技术、3D 打印技术、信息管理系统、智能硬件、电子元件、IC 芯片、定制系统、CAM/CAD 系统 / 吊挂系统、3D 智能试衣系统、智能试衣镜及其他相关技术与硬件等

️智能服装生产设备

智能化自动化服装生产线、机器人、裁、剪、缝各类智能化自动化设备、智能印花设备、智能纺织设备、智能制衣设备、激光设备、超声波、智能服装专用设备及其他相关 4.0 的技术与设备等

️智能功能高新材料

智能织物、面料、纤维、纱线、相变纤维、记忆纤维、智能凝胶纤维、光导纤维、调温纤维、石墨烯、量子科技、纳米材料、光变材料等相关高新服装材料、纺织化学品、油墨等

️同期活动SG 2025