摘要：近年来随着柔性电子技术的快速发展，用于监测人体运动的柔性可穿戴传感器件引起了学术界和工业界的广泛关注。其中，柔性压力传感器在监测生理健康信号（如脉搏、血压、呼吸等）方面发挥着重要作用。基于织物的压力传感器由于其出色的柔韧性和透气性，已成为智能可穿戴电子产品发展
北京服装学院汪滨副教授、张秀芹教授：一种抗拉伸干扰的高灵敏度柔性压力传感织物，实现超稳定压力传感和人机交互
近年来随着柔性电子技术的快速发展，用于监测人体运动的柔性可穿戴传感器件引起了学术界和工业界的广泛关注。其中，柔性压力传感器在监测生理健康信号（如脉搏、血压、呼吸等）方面发挥着重要作用。基于织物的压力传感器由于其出色的柔韧性和透气性，已成为智能可穿戴电子产品发展的理想选择。然而，目前大多数织物基压力传感器难以在应变干扰的情况下准确监测压力信号，这限制了它们的进一步应用。
近日，北京服装学院材料设计与工程学院汪滨副教授、张秀芹教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“A flexible, highly sensitive, and anti-strain interference sensing fabric based on conjugated electrospinning core–shell conductive nanofiber yarns for ultra-stable pressure sensing and human–machine interaction”。研究者针对以上问题，制备了一种共轭电纺核-壳导电纳米纤维纱线，并将其编织成具有独特针织罗纹结构的传感织物。核-壳结构纱线的设计有效提高了压力传感灵敏度，且独特的编织互锁结构为导电路径留下了伸展空间（抗拉伸）。两者协同效应使传感器对压力高度敏感但对拉力不敏感，即使在100%拉伸下也表现出优异的抗拉伸干扰压力传感性能。具体来说，该种NYPS-R2×2传感器具有高达101.03 kPa−1的高灵敏度，检测限低至0.14 Pa，响应/恢复时间约为36/54 ms，并且在1000次压力循环测试中表现了出色的分辨率和稳定性，并实现了抗拉伸干扰能力。图1展示了通过共轭电纺技术制备NYs纳米纤维纱线的过程。导电纱线穿过圆锥形喷头中心，并在收集鼓上缠绕，而TPU纳米纤维从两个高压喷嘴中喷出并形成泰勒锥，最终附着在导电纱线上形成稳定的壳层结构。随后，使用针织机将这些纱线编织成不同结构的织物，赋予其优异的透气性和透湿性。将两片织物叠加形成电容式压力传感器NYPS-R2×2，其中导电芯层作为上下电极层，纱线壳层和中间空气层共同构成介电层，从而获得“三明治”结构的微电容传感器，使NYPS-R2×2具备高灵敏度和抗应变干扰的能力。
图1（a）NYs制备示意图，（b）NYPS-R2×2图2展示了NYPS-R2×2传感织物的抗应变干扰性能。图2a通过示意图对比了织物在100%拉伸前后的形态，表明即使在极大拉伸下，导电路径依然保持不变。图2b则呈现了应变-电容变化率曲线，证实了该传感器对应变的不敏感性。具体来说，织物在拉伸过程中，纱线间会发生旋转和滑移，但不影响介电常数和电极间距。计算结果表明，应变干扰因子（SIF）仅为8%，远低于压力引起的电容变化率，证明NYPS-R2×2具有出色的抗应变干扰能力。
2×2图3展示了智能织物键盘的应用。图3a为智能键盘的示意图，由四个NYPS-R2×2传感器组成的袖套可穿戴于手臂。通过编程不同敲击频率或时长，触发不同的电容值和峰值频率，实现字母输入。图3b和3c分别是逻辑图和电路实物图，说明了信号检测与处理过程。图3d展示了按压不同按钮时的实际响应信号，包括单个字母（如A、C、E、G）和简单单词（如BIFT、HELLO、YES）。该设计使聋哑人能方便地使用此键盘进行交流，并可通过蓝牙连接手机控制音乐播放等系列功能，极大地方便了日常生活中的通讯和娱乐需求，这种智能织物键盘增强了人机交互的便利性和娱乐性。
图3 袖套型“智能键盘”应用
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人物简介：
通讯作者：汪滨，博士，硕士生导师，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。主要从事静电纺丝技术及功能纳米纤维材料和智能纺织品的应用基础研究。承担国家自然科学基金青年基金、北京市自然科学基金-小米创新联合基金项目、北京市高等学校优秀青年人才培育计划项目、北京市委组织部优秀人才、北京市教育委员会科技项目及企业项目20余项。以第一作者/通讯作者发表SCI论文30篇（ESI高被引论文1篇）、EI论文10篇，申请中国发明专利15项、授权3项，出版著作2本，参编团体标准2项。
通讯作者：张秀芹，博士，江南大学博士生导师，北京服装学院材料设计与工程学院教授/院长，德国洪堡访问学者。主要研究方向为绿色环保生物可降解型材料的功能化&智能化。曾获得教育部新世纪优秀人才、北京市科技新星、北京市“长城学者”、“纺织之光”教师奖、“桑麻奖教金”等优秀人才称号。承担和参加国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、北京市科学委员会人才项目、北京市教育委员会人才项目等国家级、省部级科研项目30 余项。作为主要完成人获得2015年国家科技进步二等奖、2023年北京市科技进步二等奖、“纺织之光”2014、2020年度科学技术进步一等奖、2024年度技术发明奖二等奖、2009年北京市科学技术奖一等奖、2006年中国分析测试协会科学技术奖一等奖等奖项。
来源：英雄游戏资讯
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