面向可穿戴设备的导电织物电力耦合机理研究及电力学性能优化

Conductive fabrics are flexible, stretchable, and permeable, opening up a wide prospect of wearable applications. However, the viscoelastic behavior of the fabric substrate induces a large electrical hysteresis and resistance relaxation in the stretching process. Hence, this project aims to conduct a systematic investigation into electro-mechanical mechanism of the conductive fabrics and optimize their electro-mechanical behavior. The proposed multidisciplinary research will solve key scientific problem in the fields of electro-textiles.

导电织物将导电材料集成到柔性、可延展、透气的织物基体上，开创了电子产品在可穿戴领域的应用。但在顺应人体皮肤反复大变形的过程中，导电织物电力学性能的精确度和可重复性较差，且存在明显的迟滞和松弛现象。为优化导电织物的电力学性能，本项目拟结合织物的结构、形态以及平面应变特征，建立导电织物的等效电阻网络模型和电-力耦合模型，并研究织物变形机理对导电材料电阻变化的影响。依据电-力耦合机理，优化导电织物的电力学性能。

导电织物将导电材料集成到柔性、可延展、透气的织物基体上，开创了电子产品在可穿戴领域的应用。但在顺应人体皮肤反复大变形的过程中，导电织物电力学性能的精确度和可重复性较差，且存在明显的迟滞和松弛现象。为优化导电织物的电力学性能，本项目拟结合织物的结构和平面应变特征，建立导电织物的等效电阻网络模型和电-力耦合模型，并研究织物变形机理对导电材料电阻变化的影响。依据电-力耦合机理，优化导电织物的电力学性能。具体地，.首先，以超弹针织结构为织物基体，将导电高聚物集成到针织基体上，形成导电织物。利用Digital Image Correlation 技术，分析导电织物在泊松比效应和织物固有结构影响下的应变特征。基于串联等效电阻网络模型和织物变形规律，借助MATLAB工具，建立导电织物在单轴拉伸下的电-力耦合模型。.其次，采用单因子变量法，比较了氨纶长丝纱细度不同对其拉伸迟滞性能的影响。利用回归分析和显微观察法，探讨了氨纶/锦纶包覆纱结构参数和工艺对拉伸迟滞性能的影响情况。通过分析比较纱线结构参数与拉伸迟滞性能之间的关系，为弹性织物基体原料的选择提供参考。进一步研究了不同织物组织和结构参数的弹性面料，重点探讨了织物结构参数对拉伸迟滞性能的影响，为设计具有低拉伸迟滞性能的织物基体做参考。.最后，为表征导电织物的电力学性能，基于低迟滞的纱线和织物，分别制备了纱线式和织物基应变传感器。分析了不同应变下基体以及传感器的结构变化、涂层形态的变化；确定了导电织物(纱线)电力学滞后性的主要影响因素为力学性能优良的基体材料以及导电材料和基体材料的相互作用。.综上，本项目的科学意义及贡献为：针对织物基体的结构、形态以及平面应变特征，建立了导电织物的等效电阻网络和电-力耦合模型，并研究织物变形对导电材料电阻变化的影响。