漸成主流的E—服裝一瞥

劉冬梅

智能織物和可穿戴技術對研究人員、設計者和工程師來說，是一個獨特而必要的對象，他們要通過跨學科和交互領域來研發(fā)紡織品及成衣產(chǎn)品，要通過整合傳感、驅(qū)動、電子、能量等方面對紡織結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新。由于智能織物具有功能多、穿著輕巧舒適的特點，被視為高生活品質(zhì)的促進者和生物醫(yī)學發(fā)展的推進者。它有利于促進醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有助于紡織、時尚和服裝設計方面的學術研究。

隨著微化電子學和信息學（計算機、微型傳感器、信號處理、傳輸?shù)龋┭芯康男逻M展，多元、高智能、多功能的紡織品逐漸走入人們生活，衣服不僅要舒適并且具有滿足不同需求的電子設備。

“電子交互紡織”技術已在數(shù)年前就從穿戴式計算機領域衍生出來。穿戴式計算裝置已不再是新鮮的話題，但那種笨重而尷尬地附在人們身上的形式已成過去，取而代之的是觸摸、聲音和體溫的相互作用。盡管如此，電子紡織業(yè)的研究仍方興未艾。我們可以清楚地看到幾個重要的研究方向，它暗示著那些應用軟件在不久的未來將會引人注目。

現(xiàn)代E-服裝

E-服裝在過去就意味著電子產(chǎn)品附帶在身體上，但今天的E-服裝能為使用者提供很多方便應用的程序，并且與普通服裝看上去沒有兩樣，它天衣無縫地嵌入穿者所熟悉的服裝，如襯衫，剩下所需要做的就是指導用戶如何使用，并達到預期的目標。例如，合適的傳感位置，能讓穿者感覺不到它的存在。又如，把其中一個安置在腰帶上或安放在人體某個指定需保護的部位。比起零散的部件配置，E-服裝的優(yōu)勢在于，線路就是紡織纖維本身，線路不容易被打亂或糾纏懸掛在外，被周圍的物品鉤住。

當然，要想消費者接受，這些智能穿戴就必須時尚好看。他們還可把組件安置在連接紡織物的夾層，口袋和縫合處，同樣也可安裝在普通的部件上，例如紐扣、鉚釘和拉鏈上。

不同于過去的工藝

智能穿戴促使電子元件進一步微型化，以便能分散地安裝在整個紡織品上。這也意味著紡織品設計專家不再是傳統(tǒng)意義上的設計師，而是既懂醫(yī)學，又懂電子，還懂材料學和纖維，包括紡織服裝和時尚的專家?，F(xiàn)代織機已高度自動化，電腦控制，能高速運轉(zhuǎn)。織機在織造時運用交叉技術即可在纖維制品嵌入傳導性和傳感性的元件。

導電涂層：用鎳或銅作為紡織品涂層，利用其典型的化學反應導電是一個不錯的解決方案。用電鍍技術為一套制服鍍上導電涂層，這在過去十分昂貴，但今天可以利用新技術降低成本。

汽化涂層：紡織品基底是開放性元素，可由汽化金屬組成，典型的就是鋁，濃縮之后覆蓋在表層，形成涂層。汽化過程可產(chǎn)生各種不同厚度的涂層，導電程度也各不相同，同時相對薄一點的涂層正在研究中。

導電聚酯：若用常規(guī)方法，過程十分困難。紡織品基底的涂層都是具有傳導性的高分子聚合物，例如聚苯胺就是很好的導電材料。目前，這些種類的聚合物用于具有傳導性和抗靜電的紗線、纖維和薄膜。其涂層的導電性比金屬更強，持續(xù)性也好，無腐蝕。

炭化處理：這個過程用于制造一件服裝，使其適應溫度的變化，讓體溫變化范圍在0.5攝氏度以內(nèi)。這就涉及到要創(chuàng)建紡織炭化爐，溫度保持在1000攝氏度，來制造導電的紡織品。

導電油墨：導電油墨技術為電子交互紡織的發(fā)展提供了另一選擇。用該技術讓產(chǎn)品互動，如T恤、語音圖書、包裝和墻紙都已申請專利。導電油墨技術即使彎折和洗滌也不會失去導電性。導電油墨目前應用于各類科技，如凹版、柔性版和旋轉(zhuǎn)絲網(wǎng)印刷，可用輥把油墨涂在印刷基板上。

結(jié)合技術：早些時候，討論監(jiān)控健康的技術是為了創(chuàng)建智能紡織品，讓它具有導電性能。包括輸入和輸出設備、傳感器、電能是創(chuàng)建電子交互紡織所必需。輸入設備，包括鍵盤、語音和手寫識別系統(tǒng)，可開發(fā)出來錄入電子交互紡織數(shù)據(jù)錄入。輸出技術，則包括陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）、鏡面顯示器和靈活的發(fā)光顯示器。傳感器就是個小型的電子設備，可接收和響應刺激，發(fā)送給和電子紡織功能相關的用戶?？砂阉鼈?nèi)诤系郊徔椈桌铩?/p>

能源供給技術：通常由電池提供電量，激活電子紡織品中各類組件。近年來，電池變得更小，但電力卻更充足，防水性（可洗的）更強，成本更低。一種由絲網(wǎng)印刷制作的氧化銀膏，涂在基底上，生產(chǎn)出的電池只有120微米厚。太陽能和人體產(chǎn)生的能量，也被視為電子交互紡織技術的電源。

纖維材料：（A）自然導電纖維。自然導電纖維或?qū)щ娊饘倮w維，可由導電的金屬如鐵合金、鎳、鈦、鋁、銅和碳開發(fā)而來。金屬纖維細薄，每根直徑只有1～80微米或0.001到0.080毫米。在加工過程中，纖維從金屬板的邊緣掉落。但高導電金屬纖維昂貴，且隨著時間的推移，它們易碎的特性會損害設備。此外，它們比大多數(shù)紡織纖維重，且同質(zhì)混合生產(chǎn)也十分困難。（B）人造導電纖維。導電纖維也可通過鍍上金屬，帶電物質(zhì)金屬鹽涂層，如銅硫化物、碘化銅等來導電。電涂料還可提供相對較高的導電率，但只適用于導電基體，如石墨和碳纖維等?？紤]到制造業(yè)的復雜性和費用消耗，電鍍涂層通常不用于紡織品。各種纖維鍍上金屬鹽涂層，可用于傳統(tǒng)的紡織工業(yè)。這些涂料只具有低導電率。這大大降低了織物的導電率。

組合方法

粘合，裝訂與連接：使用導電膠粘劑將組件插入到紡織基底。無毒、高導電、高彈性且非常靈活的導電膠，可以用于粘合剛性組件和靈活的紡織基板。當基片彎曲或曲折時，電路則可自由移動。組件也可貼在導電縫合處，形成紡織電力回路。然而，這樣的彎曲，使連接基底組件的針，在紡織中加速磨損。加入電子組件的纖維紡織網(wǎng)框架可直接縫合在織物電路上。線程引導的電子元件可縫合、穿孔或編織，基底限制了組件的特定位置，讓導電線程最終均衡。

傳感器的位置：在某些應用程序中，例如，運動檢測傳感器或麥克風中，放置的傳感器可讓數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生巨大的差異。應用程序的質(zhì)量，往往取決于傳感器數(shù)據(jù)的質(zhì)量。例如，對耐磨面料中，扭轉(zhuǎn)和彎曲布料，可改變傳感器的相對位置。有的應用程序加入聲音信號，其頻率范圍受制于兩傳感器之間的距離。

傳感器的種類：（A）血壓測量傳感器。壓力傳感器用于感受血壓變化，傳感器和所有元件產(chǎn)生電信號的變化和壓力的變化成正比。之后總檢處會逐漸釋放壓力，跟隨電流，直到檢測到脈沖。壓力傳感器設備可讀取血壓變化，并把這些數(shù)據(jù)記錄下來或進行轉(zhuǎn)換。（B）體溫測量傳感器。熱敏電阻對溫度非常敏感，電阻值會隨著溫度變化。不像熱電偶，熱敏電阻的電阻值沒有標準，與它的溫度或扭曲程度相關。有兩種主要類型的熱敏電阻：正溫度系數(shù)（PTC）電阻和負溫度系數(shù)（NTC）電阻。正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻，電阻會隨溫度的升高而增大。負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻，電阻會隨溫度的升高而以非線性的方式下降。為了降低這種非線性因素，會將多個熱敏電阻元素結(jié)合在一起。雖然熱敏電阻比一些其他類型的溫度傳感器更準確，但它們有限定的溫度范圍。

測量心率的最簡單方法是使用心率傳感器。它通過指尖的維管組織和相應的光強度的變化來測量，光強度的變化則要通過組織中血容量的變化來體現(xiàn)。儀器簡單實用，可以用來測量人的心跳，甚至測量更多其他頻率。

不同于心電圖儀（ECG）可監(jiān)測心臟的電信號，心率傳感器通過測量血管中紅外透射率的變化來測心跳。心跳促使血液通過全身血管，血液隨著時間和相應光強度的變化而變化。通過這種方法可以測定心率。

網(wǎng)絡和通信

數(shù)據(jù)都是從許多傳感器獲取，許多問題，如個體傳感器，在織物中數(shù)據(jù)路徑的布局，單元位置的處理以及路徑策略，在設計織物圖案時都發(fā)揮著重要作用，特別是對功率的消耗。其中互聯(lián)可能是一個最難處理的環(huán)節(jié)。在電子工業(yè)中，互聯(lián)不僅包括連接兩條線路，或把電子元件和導線相連。相互連接的常用方法是焊接。組件也可連接到導線上，用連接器絕緣位移和點焊的方法。另一方面，可縫合連接兩塊面料。當兩塊E-紡織品必須相互關聯(lián)時，也就必須同時考慮這兩個問題。因此，在電子組件和紡織品之間，有必要開發(fā)新類型連接方式。若這個E-紡織品使用的是耐磨面料，那么必須注意，要確保讓穿戴它的人感到舒適。大多數(shù)E-紡織品應用程序都是獨立的應用程序，里面包含有嵌入式傳感器和計算實體。

面料特性

能量功耗還依賴于軟件執(zhí)行時間和數(shù)據(jù)檢索的方式。此外，事實上有限的計算邏輯，可能增加嵌入式織物的執(zhí)行時間。

舒適度：耐磨織物所用的紡織物材料有可塑性，要有足夠的舒適系數(shù)。當織物中的線被導線取代，導線的硬度可能會改變其品質(zhì)，讓穿戴者感到不舒服。這是在設計時應當考慮到的一個重要的因素。

耐久性：在大多數(shù)的電子應用程序中，傳感器的位置是準確固定的。但當把這些傳感器融合到織物中，織物的靈活性會改變這些傳感器之間的相對位置。這種靈活性可能受阻，也可能是有利因素，在這些應用程序中，傳感器的位置扮演著重要角色。為了讓電子交互紡織品成功進入消費市場，它們必須容易護理，能夠周期性地維護其電導率。可穿戴電子交互紡織品不能因身體的運動、壓力、織物的靜電、汗水和身體熱量而遭到破壞。日新月異的技術可為我們帶來不同的關鍵挑戰(zhàn)。

人類已存在諸多把紗線轉(zhuǎn)變?yōu)榧徔椘返募夹g。這些技術代表著以各種可能的電氣連接方式。當其用于E-紡織品時，E-紗線就將面臨彎曲、拉伸和剪切。在穿戴的過程中紗線有可能被拉伸。晶體管材料承受拉伸應變值相對較小。那么，需要重新配置新的本地互聯(lián)組件電路，這將取決于E-紡織品的中樞網(wǎng)絡功能。此外面料磨損與剪切摩擦，這是E-紡織品另一需要了解和預防的問題。

E-監(jiān)控服裝已逐漸成為人類的第二皮膚。它提供了新的手段，讓用戶周圍的環(huán)境和其身體相互作用?？蓱糜趭蕵?、運動、健康和專業(yè)安全保障方面。紡織傳感器提供的是耐磨損的傳感器;其加工過程更長。從不同傳感器中組合信息，運用先進的信號處理方法，從原始信號中提取和選擇可靠的信息。E-監(jiān)控健康的紡織品還需要進行大量的研究來解決相關問題。