同步共組裝大拉伸可洗人機交互電極的相關研究
電子織物將電子功能與紡織品相結合，是柔性電子領域近些年來的熱點方向。電子織物除了具備柔軟的機械性能，還可以利用纖維的多孔結構達到出色的透氣性能，極大的提高了電子器件在長期可穿戴過程中的舒適性。目前，主要通過在纖維表面沉積金屬涂層、金屬納米線、導電聚合物等方法使紡織品獲得導電性。然而這些導電圖層在承受大形變、剮蹭和反復洗滌過程中易于剝離，是電子織物主要的功能失效機制。如何制備高電導率、拉伸性好、輕薄透氣、可清洗的導電織物和功能器件是該領域的核心挑戰。
針對上述問題，南京大學孔德圣課題組提出了一種基于銀納米線和聚氨酯微米纖維同步自組裝的導電織物制備方法，獲得了在三維空間中聚合物微米纖維和銀納米線相互綁定的復合網絡結構，不僅實現了極高的電導率 (>5000 S cm–1)，同時具備優異的可拉伸性和可洗滌性，相關成果近日發表于ACS Materials Letters上。
1. 同步自組織制備方法，優異的物理特性
孔德圣課題組通過靜電紡絲、噴涂納米銀線同步制備工藝，獲得了基于銀納米線/聚氨酯微米纖維的導電織物。這種織物具有高電導率 (>5000 S cm–1)、超高拉伸性 (~600%應變) 和出色的循環耐久性。在承受應變分別為 50%時，電阻增加 1.21倍、100% 應變時增加 1.66倍、200% 應變時增加 4.4倍、400% 應變時增加 24.2倍 和 600% 應變時的增加 100.5倍。
2. 透氣性和耐久性
為了測試其實用性能，該文測試了不同厚度織物的透氣性能，其中500 μm厚的導電織物其透水氣率為13.1 g/(h?m2)，與傳統織物的性能相當，充分滿足了人體對織物透氣性的要求；進一步測試了電極的水洗性能，將導電織物在清水和洗滌劑中進行反復洗滌，其電阻值不僅沒有明顯上升，而且由于包裹在銀納米線上表面活性劑的去除而略微下降，展示出良好的水洗性能。
3. 纖維直徑的影響
織物是銀納米線組裝的結構支架，纖維直徑是影響導電織物的微觀結構和物理性能決定性因素之一。該論文通過實驗證實基于微米纖維（直徑10 μm）的導電織物拉伸性能很好，而基于納米纖維（直徑500 nm）的導電織物拉伸性能則不盡人意。該現象的主要原因在于銀納米線可以完全附著在聚氨酯微米纖維表面，在拉伸的過程中銀納米線與微米纖維協同變形，具有優異的結構穩定性。聚氨酯納米纖維的直徑較小無法有效固定銀納米線，大量銀納米線懸空搭接在納米纖維之間，在拉伸的過程中大量銀納米線由于脫落和滑動，使得織物的電導率顯著下降。
4. 基于電子織物的可穿戴人機接口
該文進一步制備了基于電子織物的肌電傳感器件，其采用四通道設計實時采集上臂肌群處不同手勢對應的電信號，利用基于XGBoost模型的機器學習算法，利用短暫的訓練過程，可對復雜手勢進行高精度動態識別，從而實現了玩具車的無線體感遙控。該文采用t-SNE降維可視化技術對數據庫中的不同手勢的肌電數據進行了降維分析，從圖中可以看出每組手勢的肌電信號數據點聚集在一起，并且每組手勢之間的差別較大，基本不存在數據點重合的現象，表明電子織物可以靈敏的監測并區分不同手勢之間的肌電信號差異，具有很高的區分度。
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