近期，可穿戴设备发展迅速，作为其中重要部分的智能织物系统也因此迎来了其快速发展。然而，智能织物中的电极部分的稳定性，仍然面临着巨大的挑战。与传统硬电极相比，智能织物多采用纳米颗粒、纳米纤维以及纳米管等材料作为导电电极。然而，这些加工方法很难满足电极对于可洗性、多样性以及大量生产等方面的要求。另一方面，拥有触觉的手势感应的智能系统对人类至关重要。但是，若要实现手势感应，则需要集成相应的传感器，这就对电极的图案化提出了更高的要求。此外，智能织物的能源供给问题也是限制其大规模应用的问题之一。
针对上述问题，王中林院士团队研究并开发了一种基于丝网印刷方式制备的、具有手势感应功能的自驱动型智能织物。这款织物不仅能够实现手势感应，而且还能够像平常衣物一样清洗。这款衣物采用碳纳米管溶液作为电极材料，碳纳米管不但具有较高的电导率，并且还具有良好的耐清洗性能。
图1. 可洗电子织物的结构设计和传感机理。
耐擦洗的智能织物主要由三层结构组成。最上面的一层是丝织品，是一种摩擦材料；底部层是作为基底的尼龙织物；中间层为CNTs电极阵列。之后，科研人员通过丝网印刷方式将CNTs油墨印制在尼龙织物，而且为了实现电极的可洗性，CNTSM油墨中还加入了聚氨酯(PU)。
这款可水洗的智能织物的制备，主要基于单电极的摩擦生电原理。当手指接触到该智能织物的电极时，就会产生相应的电流。当手指不断敲击智能织物的时候，电极的输出电压则会呈现周期性的变化，而短路电流与敲击周期呈现明显的相关性。
图2.可洗电子织物(washable electronic textile, WET)的电性能表征。
当然，这款智能织物也可以作为一个触摸式传感器，建立起一个无线智能家庭控制体系。其原理为利用集成在腕部的触摸传感器，在触碰过程中产生的脉冲信号对家庭设备进行控制，例如控制灯泡、电扇以及微波炉等设备。
图3. 可洗电子织物在无线智能家居控制系统的应用。
总之，基于可水洗，成本低，可大规模生产，对皮肤无害等优势，可水洗电子织物有望应用于多功能可穿戴设备和人机交互等领域。
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文章信息：
Screen-Printed Washable Electronic Textiles as Self-Powered Touch/Gesture Tribo-Sensor for Intelligent Human-Machine Interaction
doi:10.1021/acsnano.8b02477
转自：柔性电子服务平台
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