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纤维晶体管器件研究进展

纺织学报 2024年第4期45卷 33-40页

作者：卿星肖晴陈斌李沐芳王栋武汉纺织大学纺织纤维及制品教育部重点实验室湖北武汉430200

在学科高度交叉、技术深度融合、物联网、人工智能、类脑计算等新兴产业迅猛发展的时代背景下,传统携带式可穿戴电子设备已难以满足人们对高性能电子纺织品的需求。为全面探究纤维晶体管在电子织物领域的应用前景,首先简述了纤维晶体管... 详细信息

在学科高度交叉、技术深度融合、物联网、人工智能、类脑计算等新兴产业迅猛发展的时代背景下,传统携带式可穿戴电子设备已难以满足人们对高性能电子纺织品的需求。为全面探究纤维晶体管在电子织物领域的应用前景,首先简述了纤维晶体管的组成、分类与工作原理,重点介绍了纤维基有机场效应晶体管和纤维基有机电化学晶体管;其次,介绍了纤维晶体管器件在智能可穿戴和植入式生化传感器、忆阻器和人工突触类脑计算神经形态器件、逻辑电路等前言领域的研究进展;分析了纤维晶体管在器件集成、性能优化和实际应用等方面所面临的问题与挑战。研究指出纤维晶体管在推动电子织物、人机交互、智慧医疗等国家战略产业发展和驱动人类社会迈向泛智能时代中的应用前景,期望为下一代高性能纤维晶体管的发展提供借鉴与启发。

关键词：电子织物纤维晶体管生化传感器类脑计算逻辑电路

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电子织物研究进展

计算机学报 2011年第7期34卷 1172-1187页

作者：郑能干吴朝晖林曼杨天若程伟浙江大学求是高等研究院杭州310027 浙江大学计算机学院杭州310027 圣西维尔大学计算机系

电子织物是织有或者植入电子功能组件、模块互联和电源等器件的智能布块,被认为是实现普适计算的一种理想平台,也是物联网的一种使能器件.文中首先介绍了电子织物系统的定义,分析了织物系统的特点,并界定了电子织物研究的两个阶段;提出... 详细信息

电子织物是织有或者植入电子功能组件、模块互联和电源等器件的智能布块,被认为是实现普适计算的一种理想平台,也是物联网的一种使能器件.文中首先介绍了电子织物系统的定义,分析了织物系统的特点,并界定了电子织物研究的两个阶段;提出了电子织物的研究框架,把这个新兴研究领域的开放问题归类为5个研究层面和2个研究侧面.随后,简要介绍了各个研究小组及其标志性工作和原型演示系统;在此基础上,按照研究框架,评述了现有研究成果.最后,文中讨论了现阶段该领域的研究趋势和热点问题.

关键词：普适计算穿戴计算电子织物体系结构系统基础设施物联网无线传感器网络

可穿戴热引发火灾预警气凝胶电子织物的制备及性能研究

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可穿戴热引发火灾预警气凝胶电子织物的制备及性能研究

作者：刘金如武汉纺织大学

学位级别：硕士

火灾是对公众安全和社会发展威胁最大的自然灾害之一。在消防员灭火救援过程中,消防服是保护消防员免受烧伤的必备装备。当消防员暴露于过高的火场温度时(600-800℃),由于消防服装隔热层的存在,消防员无法实时、准确获知防护服外层温度... 详细信息

火灾是对公众安全和社会发展威胁最大的自然灾害之一。在消防员灭火救援过程中,消防服是保护消防员免受烧伤的必备装备。当消防员暴露于过高的火场温度时(600-800℃),由于消防服装隔热层的存在,消防员无法实时、准确获知防护服外层温度,消防服装最外层极易遭受高温而烧损,威胁消防员生命安全。本课题基于半导体纳米材料的温度响应电阻变化特征,制备出一种兼具超灵敏温度响应与自供电能力的电子织物,并将其集成于消防服装中。当消防服表面温度达到350℃以上时,该预警电子织物在2～3 s内触发火灾预警系统,可发出预警信号提醒消防员及时远离高温火源。本课题以海藻酸钙(CA)、纳米四氧化三铁(FeONPs)和银纳米线(Ag NWs)为原材料,通过湿法纺丝、溶胶/凝胶转变、水/醇溶剂交换、冷冻干燥以及喷涂等一系列技术制备了热引发导电气凝胶纤维(TIC-AF)。通过控制水/醇溶剂交换体系中醇的浓度,实现了对TIC-AF内部孔隙形态的调控,实验结果表明:当水/醇混合浓度为30 wt%时,TIC-AF展现“多孔芯,致密鞘”的微观结构,孔隙直径范围分布在4-14 nm之间,拉伸断裂强力为13.5 MPa,纤维密度为0.033 g/cm,比表面积为38 m/g。基于制备的TIC-AF,编织构建自供电火灾预警(SFA)电子织物。FeONPs温度响应电阻变化特性赋予SFA高温预警能力。当电子织物遭遇高温时(>350℃),其电阻会在2.3 s内从10Ω迅速下降到10Ω,从而触发火灾预警系统。当电子织物二次遭遇高温时,其依然能够在3 s内发出预警信号,可实现在100-400℃温度范围内重复的高温预警能力。预警电子织物具有良好的柔韧性,经历200次弯曲循环测试(180°),遭遇高温时依然可以在2～3 s内触发火灾预警系统。此外,基于海藻酸钙和聚磷酸铵的协同阻燃效应,电子织物展现优异的阻燃性能,其热释放速率峰值为3.819 W/g,总热释放速率为0.1 KJ/g。以SFA电子织物为正极摩擦材料,聚四氟乙烯(PTFE)整理的棉织物为负极摩擦材料构建了SFA电子织物基摩擦纳米发电机(TENG),实现电子织物对人体机械能的收集和自供电传感能力。研究了气凝胶纤维直径,Ag NWs喷涂次数,PTFE浓度整理的棉织物以及温度对TENG的电输出性能的影响。实验结果表明:当PTFE浓度为10 wt%,Ag NWs喷涂次数为20次,纤维直径1.0 mm时,TENG具有最佳的电输出能力(3.8 V)。当遭受250℃高温时,TENG输出电压依然保留常温下开路电压的47.7%。因此,SFA电子织物基TENG可集成于消防服装中为火灾预警系统提供电能,以克服现有电源柔性差难以集成服装中的缺陷。本课题制备了兼具温度监测与自发电功能的火灾预警气凝胶电子织物,可作为火灾预警传感器应用于消防服装中赋予了消防服高温预警功能以及自供电能力,保障了消防员安全工作。

关键词：气凝胶纤维电子织物火灾预警摩擦纳米发电机能量收集

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可穿戴式电子织物仿生皮肤设计与应用研究

仪器仪表学报 2016年第4期37卷 938-944页

作者：郭小辉黄英毛磊东刘彩霞刘平合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥230009 中国科学院合肥智能机械研究所合肥230003

为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度，提出了一种电容式柔性织物压力传感器，采用丝网印刷工艺，以织物为柔性基体，炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理，研究了炭黑含量... 详细信息

为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度，提出了一种电容式柔性织物压力传感器，采用丝网印刷工艺，以织物为柔性基体，炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理，研究了炭黑含量与温度对织物触觉单元性能的影响，改善了该电子织物的输出线性度与重复性，实现了0—700kPa量程范围迟滞误差为5．6％，动态响应时间为89ms，灵敏度为0．02536％／KPa，同时，引入温度补偿以提升触觉感知准确性。通过将织物压敏单元应用于足底压力信息的时空分布研究和机械手的软抓取实验，其足底压力分布及触觉感知实验结果表明，该电容式柔性织物压力传感器具有良好的工作稳定性与触觉感知功能，为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。

关键词：电子织物触觉传感器仿生皮肤电容式织物传感器可穿戴

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可用于运动监测的双模态离子传感纤维

毛纺科技 2024年第3期52卷 1-6页

作者：张士进田明伟刘红青岛大学纺织服装学院山东青岛266075 青岛大学生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室山东青岛266075

针对传统刚性导电材料柔韧性差、舒适性低及现有离子导电材料多为薄膜或块状而导致透气透湿性差等问题,提出一种湿法纺丝一步制得的一维离子传感纤维,并研究其物理性能及传感性能,阐述其未来的发展潜力。测试结果表明,离子传感纤维灵敏... 详细信息

针对传统刚性导电材料柔韧性差、舒适性低及现有离子导电材料多为薄膜或块状而导致透气透湿性差等问题,提出一种湿法纺丝一步制得的一维离子传感纤维,并研究其物理性能及传感性能,阐述其未来的发展潜力。测试结果表明,离子传感纤维灵敏度高(规格因子GF=201)且可准确监测微小应变(~05%),具有宽应变监测范围;响应时间小于50 ms,与人体皮肤的响应时间接近,足以监测人体运动信号;表现出优异的循环耐久性,10000次循环拉伸后仍能保持电阻信号变化稳定;同时具有湿度传感性能,对环境中湿度的变化能做出及时且准确的信号反馈。该离子传感纤维制备方法简便,具有工业化大规模的潜力,在智能健康监测、运动训练与优化、智能人机交互等领域均具有较大的发展潜力。

关键词：离子传感纤维电阻式传感器电子织物双模态离子液体

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应用纱线序列图像的电子织物构建

纺织学报 2016年第3期37卷 35-40页

作者：李忠健潘如如高卫东江南大学纺织服装学院江苏无锡214122

为检测纱线条干均匀性对织物外观的影响,在纱线条干图像测量的基础上,提出了一种基于纱线序列图像的电子织物的构建方法。通过建立织物组织变化模型和光照模型,将纱线直径数据与基元组织点外观灰度纹理分布相结合,构建电子织物外观数学... 详细信息

为检测纱线条干均匀性对织物外观的影响,在纱线条干图像测量的基础上,提出了一种基于纱线序列图像的电子织物的构建方法。通过建立织物组织变化模型和光照模型,将纱线直径数据与基元组织点外观灰度纹理分布相结合,构建电子织物外观数学模型。通过将采集的纱线序列图像进行图像分割和形态学运算等处理,获取纱线直径数据,代入构建的织物外观数学模型中,实现基于纱线序列图像的电子织物的模拟并且相关参数可调。通过选择合理的织物结构参数,提出的电子织物模型能够真实地反映纱线条干均匀性对织物外观的影响,准确预测布面效果。

关键词：电子织物纱线序列图像条干均匀性图像处理数学模型

矿井勘探用智能电子织物及其安全防护可穿戴研究

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安全、健康和环境 2023年第11期23卷 29-34页

作者：刘红王航李煜天田明伟青岛大学纺织服装学院山东青岛266071

针对传统传感设备的柔软性差、可穿戴舒适性低等问题,提出一种基于电容效应的全纺织基柔性电子织物的制备策略,采用镀镍铜织物作为电极,以纬平针织物作为介电层,构筑得到针织物基传感器。镀镍铜机织物电极层和中间针织物介电层厚度均在... 详细信息

针对传统传感设备的柔软性差、可穿戴舒适性低等问题,提出一种基于电容效应的全纺织基柔性电子织物的制备策略,采用镀镍铜织物作为电极,以纬平针织物作为介电层,构筑得到针织物基传感器。镀镍铜机织物电极层和中间针织物介电层厚度均在微米级别,拥有良好的透气和透湿性,也具有良好的可穿戴舒适性。结果表明,全纺织基柔性电子织物在压力范围0~400 kPa内的灵敏度约为0.00044~0.0025 kPa^(-1),具有较好的线性度;在8000次施压循环后仍保持稳定的电容变化,表现出优异的耐久性能;此外,三维织物基传感器显示出很好的服用性能,透气性为168.20 g/(m^(2)·h)和透湿性为537.86 mm/s。全纺织基柔性电子织物对人体动态信号有优异的识别能力,在矿井勘探等安防领域具有广阔应用前景。

关键词：全纺织基柔性电容式传感器电子织物传感性能矿井勘探

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基于心电信号采集的监护服用电子织物研究

丝绸 2018年第9期55卷 57-61页

作者：王慧玲唐虹高强张士兵刘腾谢浩月南通大学纺织服装学院江苏南通226019

为实现心电信号的长期穿戴式监测,开发出耐用性能较优的柔性智能纺织品,以棉针织物为基体材料,选用280 D镀银导电缝纫线经缝制法制备电子织物。通过正交实验设计,采集在不同缝制参数下电子织物的心电信号,并与临床医用心电进行对比,分... 详细信息

为实现心电信号的长期穿戴式监测,开发出耐用性能较优的柔性智能纺织品,以棉针织物为基体材料,选用280 D镀银导电缝纫线经缝制法制备电子织物。通过正交实验设计,采集在不同缝制参数下电子织物的心电信号,并与临床医用心电进行对比,分析电子织物心电信号的可靠性。并对电子织物导电性、拉伸性、耐磨性和耐水洗性等性能测试。采用Borda数法综合平衡了电子织物的心电信号采集效果及耐用性能,为基于心电信号采集的监护服用电子织物的优化提供基础。

关键词：电子织物缝制参数正交设计心电信号耐用性

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基于心电信号采集的监测服用电子织物研究

进展 2022年第3期 100-101页

作者：孙新建西安航空职业技术学院陕西省西安市710089

随着全球化穿戴式信息技术的热浪袭来,对于穿戴式的电子技术的研究,包括电子织物的研究越来越激烈。在社会生活的各个领域内,包括医学上,具有良好的导电性能、舒适感优越的电子织物和穿戴柔性的电子物品的结合在逐步广泛使用,渐渐成为... 详细信息

随着全球化穿戴式信息技术的热浪袭来,对于穿戴式的电子技术的研究,包括电子织物的研究越来越激烈。在社会生活的各个领域内,包括医学上,具有良好的导电性能、舒适感优越的电子织物和穿戴柔性的电子物品的结合在逐步广泛使用,渐渐成为家喻户晓的产品。在医学使用过程中,织物电极能够将人体所产生的离子电位转化成电子信号,从而被解读。以上,监护服用的电子织物需要收集心电信息就可以借助织物电极很好地完成。基于此,本文做了简单的分析。

关键词：心电信号电子织物电子电极穿戴式