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内容概览
现有技术缺点：
传统电子产品通常采用笨重的金属和坚固复合材料，导致设备不够轻便灵活，限制了其在人体运动检测中的应用。 金属应变传感器的感知模型单一，拉伸范围狭窄（通常为5-10%），无法满足灵活使用的需求。
文章亮点：
文章详细介绍了基于纤维（1D）和织物（2D）的智能纺织传感器，强调其柔韧、轻便和透气的特性，适合与服装整合。
重点讨论了电阻式纺织应变传感器的感知机制，包括纤维变形、隧穿效应、裂纹扩展等。
提出了电阻预测模型，旨在指导传感器性能提升。
应用场景：
智能纺织传感器可广泛应用于身体健康监测、运动检测和医疗治疗等领域。
其多功能性包括多模信号检测、视觉交互、能量收集和热管理，为用户提供更多便利。
总结与展望：
智能纺织品应变传感器具备轻便、灵活、稳定性好和灵敏度高等优点，适合用于健康监测。文章从空间角度将传感器分为1D纤维/纱线和2D织物两类，介绍了常用的导电材料和制备方法，并对传感器的内在机理进行了分类讨论。研究为未来智能纺织传感器的综合发展提供了新的视角和可能的应用方向。
文章名称：Fabrication Techniques and Sensing Mechanisms of Textile-Based Strain Sensors
期刊：Advanced Fiber Materials
文章DOI：
https://doi.org/10.1007/s42765-023-00338-9
通讯作者：东华大学吴琪琳（Qilin Wu）教授
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图文简介
图1 本综述的研究框架图
图2 导电材料的分类：a 金属线圈与织物的结合；b EGaIn液态金属涂层的制备示意图；c 通过湿法纺丝制备的PEDOT:PSS颗粒掺杂纤维的示意图；d 通过纺丝工艺将CNTs涂覆在Ecoflex基板表面。e 基于CB/TPU应变传感器的制备技术和传感器的机械性能与CB浓度之间的关系；f 基于碳化丝绸的应变传感器；
图3 1D纤维/纱线制备技术 a 浸涂应用于基于CB/CNC/NR/PU的1D纤维传感器。b 静电纺丝应用于螺旋状CNTs/PU应变传感器。c 优化的熔融纺丝应用于具有鞘芯结构的光电纤维传感器。d 湿纺法，在CNTs/TPU鞘芯纤维中通过CNTs沿着浓度梯度扩散进行界面增强。e 热拉伸工艺制备的皮芯纤维。f 热共挤工艺制备的皮芯纤维。
图4 纤维/纱线的微结构设计：a CNTs/PU纤维内的螺旋结构，用于增强可拉伸性能。b 纤维内独特的多层交错纤维网络，用于增强能量收集能力。c 用于应变传感和摩擦自供电的螺旋结构。d 鞘层内的屈曲结构，用于增强电阻变化。
图5 2D织物制备技术 a 通过编织、针织得到2D织物。b CB/TPU应变传感纤维通过编织实现了对压力的响应。c 通过将G-PPy-JE纤维编织到织物中实现的具有焦耳加热和应变感知功能的多功能可穿戴设备。d TENG纤维通过与羊毛纱线和聚四氟乙烯纱线缝制，改善了其机械和摩擦电性能；e 针织方式对PEDOT:PS纤维的应变感知性能的影响。f 以不同方式编织的TENG纺织品表现出不同的响应。
图6 织物上的涂层、印刷、碳化和3D仿生结构设计：a 织物的浸涂。b 织物表面的喷涂涂层，通过原位化学生长。c 织物上的丝网印刷。d 通过3D打印和同轴纺丝创建的电子纺织图案。e 通过瞬时的碳热冲击工艺在纺织品表面原位生长CNTs，用于空气流检测。f 具有3D分层交锁结构的摩擦电编织纱。g 通过组装二维织物和三维中间层获得的3D织物，用于应变/压力双模检测。
图7 不同类型织物应变传感器的传感机理:a 电容式;b 电压式；c 摩擦电式；d 光学式
图8 隧穿效应在电阻预测中的应用:a基底内导电炭黑颗粒在拉伸过程中的形态变化;b基于CB/TPU应变传感器的电阻预测曲线;c为GF预测曲线
图9 涂层纤维/纱线内部裂纹扩展示意图
图10 碳化织物内部电阻变化的电接触理论:a、b结构变形等效图;c为接触节点数;d基于电接触理论的拟合曲线;
图11 纺织应变传感器的多功能集成应用：a 用于拳击训练的应变/压力双模信号监测。b 具有拉伸和压缩检测功能的 CNT浸润3D织物。c 用于深水救援的机械发光应变/视觉/摩擦电纤维。d 具有视觉交互的光学应变光纤传感器。e 具有摩擦自供电功能的3D编织腕带。f 基于石墨烯/CS纺织品的应变传感器，具有被动加热功能。g 具有应变、压力和温度监测以及快速加热功能的碳纤维/PU纱线。h 一种用于心脏修复的弹簧状导电水凝胶纤维。
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文献来源
Liu, S., Zhang, W., He, J. et al. Fabrication Techniques and Sensing Mechanisms of Textile-Based Strain Sensors: From Spatial 1D and 2D Perspectives. Adv. Fiber Mater. (2023). https://doi.org/10.1007/s42765-023-00338-9
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