近期，可穿戴設備發展迅速，作為其中重要部分的智能織物系統也因此迎來了其快速發展。然而，智能織物中的電極部分的穩定性，仍然面臨著巨大的挑戰。與傳統硬電極相比，智能織物多采用納米顆粒、納米纖維以及納米管等材料作為導電電極。然而，這些加工方法很難滿足電極對於可洗性、多樣性以及大量生產等方面的要求。另一方面，擁有觸覺的手勢感應的智能系統對人類至關重要。但是，若要實現手勢感應，則需要集成相應的傳感器，這就對電極的圖案化提出了更高的要求。此外，智能織物的能源供給問題也是限制其大規模應用的問題之一。
針對上述問題，王中林院士團隊研究並開發了一種基於絲網印刷方式製備的、具有手勢感應功能的自驅動型智能織物。這款織物不僅能夠實現手勢感應，而且還能夠像平常衣物一樣清洗。這款衣物採用碳納米管溶液作為電極材料，碳納米管不但具有較高的電導率，並且還具有良好的耐清洗性能。
圖1. 可洗電子織物的結構設計和傳感機理。
耐擦洗的智能織物主要由三層結構組成。最上面的一層是絲織品，是一種摩擦材料；底部層是作為基底的尼龍織物；中間層為CNTs電極陣列。之後，科研人員通過絲網印刷方式將CNTs油墨印製在尼龍織物，而且為了實現電極的可洗性，CNTSM油墨中還加入了聚氨酯(PU)。
這款可水洗的智能織物的製備，主要基於單電極的摩擦生電原理。當手指接觸到該智能織物的電極時，就會產生相應的電流。當手指不斷敲擊智能織物的時候，電極的輸出電壓則會呈現週期性的變化，而短路電流與敲擊週期呈現明顯的相關性。
圖2.可洗電子織物(washable electronic textile, WET)的電性能表徵。
當然，這款智能織物也可以作為一個觸摸式傳感器，建立起一個無線智能家庭控制體系。其原理為利用集成在腕部的觸摸傳感器，在觸碰過程中產生的脈衝信號對家庭設備進行控制，例如控制燈泡、電扇以及微波爐等設備。
圖3. 可洗電子織物在無線智能家居控制系統的應用。
總之，基於可水洗，成本低，可大規模生產，對皮膚無害等優勢，可水洗電子織物有望應用於多功能可穿戴設備和人機交互等領域。
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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
轉自：柔性電子服務平臺
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