導(dǎo)電織物的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

， ，，，，

(浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

0 引 言

近幾年，可穿戴電子設(shè)備的出現(xiàn)擴(kuò)大了紡織品的應(yīng)用范圍。具有導(dǎo)電性的紡織面料引起了廣泛關(guān)注，并在醫(yī)用、電磁屏蔽、傳感器等領(lǐng)域得到應(yīng)用。目前，導(dǎo)電織物已經(jīng)成為學(xué)術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。與紙張、塑料等材料相比，紡織面料具有更好的靈活性、透氣性和耐磨性，可以進(jìn)行彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦等力學(xué)運(yùn)動(dòng)，能夠滿足日常生活中人體運(yùn)動(dòng)的要求。在紡織面料的基礎(chǔ)上發(fā)展的導(dǎo)電織物更適合可穿戴設(shè)備的開(kāi)發(fā)，它可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。導(dǎo)電織物的制備技術(shù)含量高、潛在市場(chǎng)巨大，在紡織業(yè)中具有重要地位。但是，導(dǎo)電織物需要在不過(guò)多損壞織物的可伸展性和彎曲性的前提下獲得滿意的導(dǎo)電性，這對(duì)于導(dǎo)電織物的制備技術(shù)而言，是一較大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，導(dǎo)電織物的相關(guān)研究層出不窮，制備技術(shù)不斷優(yōu)化，綜合性能已經(jīng)接近實(shí)用要求。在不久的將來(lái)，制備兼具導(dǎo)電性能和穿著舒適性能的導(dǎo)電織物必將在柔性可穿戴設(shè)備領(lǐng)域占有重要位置，導(dǎo)電織物制備技術(shù)的研發(fā)對(duì)于紡織業(yè)具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。

本文闡述了基于不同導(dǎo)電填料的導(dǎo)電織物的相關(guān)研究，首先將導(dǎo)電織物歸納為聚合物基導(dǎo)電織物、金屬基導(dǎo)電織物和碳基導(dǎo)電織物三類(lèi)，并就這三類(lèi)導(dǎo)電織物的性能展開(kāi)論述，其次對(duì)導(dǎo)電織物的應(yīng)用進(jìn)行了舉例，最后對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

1 導(dǎo)電織物的分類(lèi)和性能

導(dǎo)電織物作為一種新興的紡織品在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。隨著導(dǎo)電材料的發(fā)展，導(dǎo)電織物的種類(lèi)不斷增多，而且性能也不斷地提高，根據(jù)其增加的導(dǎo)電性組分，導(dǎo)電織物可以歸納為聚合物基導(dǎo)電織物、金屬基導(dǎo)電織物和碳基導(dǎo)電織物三類(lèi)。

1.1 聚合物基導(dǎo)電織物

自從白川英樹(shù)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物以來(lái)，導(dǎo)電高分子材料快速發(fā)展起來(lái)。導(dǎo)電聚合物是由具有共軛π鍵的聚合物經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)摻雜形成。導(dǎo)電聚合物除了具有高分子聚合物一般的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還含有一價(jià)的對(duì)陰離子(P型摻雜)或?qū)﹃?yáng)離子(N型摻雜)。根據(jù)不同的摻雜效果，導(dǎo)電高分子的電導(dǎo)率可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)控，其電導(dǎo)率可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬態(tài)較寬的范圍里變化，這是目前其他材料無(wú)法比擬的，因此導(dǎo)電聚合物在許多領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。天然導(dǎo)電聚合物(ICPS)，如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(Pth)等都是應(yīng)用比較廣泛的導(dǎo)電聚合物。由于耐氧性能和加工性能的提高，這種材料變得更加實(shí)用。導(dǎo)電聚合物因其獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能，在導(dǎo)電織物領(lǐng)域的研究日益增多。表1列出了一些導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性能和穩(wěn)定性，考慮到導(dǎo)電聚合物與織物的粘合性、導(dǎo)電性和可加工性等因素，在紡織品加工領(lǐng)域，聚苯胺、聚吡咯和聚(3，4-乙撐二氧噻吩)是目前研究最多的導(dǎo)電聚合物，因此本文主要介紹這三種導(dǎo)電聚合物用于導(dǎo)電織物的制備，其結(jié)構(gòu)式如圖1。

表1 不同導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率和穩(wěn)定性

圖1 三種導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)式

在所有導(dǎo)電聚合物當(dāng)中，聚苯胺制備條件簡(jiǎn)單、化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較好、綠色無(wú)污染、電導(dǎo)率理想，在儲(chǔ)能、電磁屏蔽等領(lǐng)域應(yīng)用得到了深入的研究。作為一種新興的有機(jī)材料，聚苯胺在紡織品領(lǐng)域同樣引起了研究者的興趣，為導(dǎo)電織物的制備率先開(kāi)啟了帷幕。國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者利用聚苯胺制備導(dǎo)電性能良好的織物，這種織物在電磁屏蔽、靜電防護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前，比較常用的制備方法有兩種：一種是涂層法，將聚苯胺分散到有機(jī)高分子中做成涂層后再涂覆到織物表面；另一種是通過(guò)原位聚合法在織物表面直接生成聚苯胺，再利用不同的摻雜方式使聚苯胺均勻附在織物表面。劉元軍等以錦綸織物為基底，苯胺為單體，采用原位聚合法制備導(dǎo)電織物。在他們的實(shí)驗(yàn)中對(duì)氧化劑濃度、種類(lèi)等進(jìn)行探討，開(kāi)發(fā)出了兼?zhèn)鋵?dǎo)電性和吸波作用的復(fù)合材料。這種材料在吸波材料方面具有很好的應(yīng)用前景。原位聚合法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)織物的服用性能破壞很小，但是導(dǎo)電性能低，并且疲勞性能不好。Alamer用聚苯胺滴注法制備導(dǎo)電棉織物，在其中加入一種極性溶劑(二甲基亞砜)，以提高其電導(dǎo)率；他采用傳統(tǒng)的“浸干法”，將聚苯胺包覆在棉織物纖維表面。滴注法可以通過(guò)控制摻雜劑的濃度來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能，得到導(dǎo)電性較好的織物。Tissera等采用一種簡(jiǎn)單的非均相聚合方法，將平均纖維直徑為40～75 nm的聚苯胺(PANI)納米纖維接枝到棉織物上，得到的織物電導(dǎo)率可以達(dá)到2.6 S/cm。聚苯胺有電導(dǎo)率可調(diào)、成本低、環(huán)境穩(wěn)定性好、制備簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，隨著研究的不斷深入，將聚苯胺整合到織物上，已經(jīng)在防電磁輻射、防靜電等方面具有廣泛應(yīng)用。

導(dǎo)電高分子聚吡咯(PPy)以其良好的導(dǎo)電性、易合成性、生物相容性和環(huán)境穩(wěn)定性，在導(dǎo)電復(fù)合材料中具有廣泛應(yīng)用。以織物為基底、PPy為填料的導(dǎo)電織物在電容器、電磁屏蔽方面具有很好的應(yīng)用前景。通過(guò)PPy制備導(dǎo)電織物主要有三種工藝，包括原位聚合、氣相沉積法或電化學(xué)法。原位聚合是將織物浸泡到單體溶液一定時(shí)間，再添加氧化劑、摻雜劑。這種方法需要控制許多實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)，比如濃度、反應(yīng)溫度、時(shí)間等。相比其他方法，這種方法操作簡(jiǎn)單，而且成本低，還可以進(jìn)行大規(guī)模的操作，是目前比較主流的方法。武翔等以吡咯為單體，對(duì)甲苯磺酸為摻雜劑，另外過(guò)硫酸銨為氧化劑，將織物浸泡到反應(yīng)液中，制備得到了聚吡咯涂層導(dǎo)電織物，這種原位聚合法簡(jiǎn)單易行。對(duì)織物表面的聚吡咯進(jìn)行了形態(tài)分析，另外測(cè)試了樣品的力學(xué)性能，結(jié)果表明：樣品導(dǎo)電性能良好，并且導(dǎo)電填料分布均勻；合成的聚吡咯也會(huì)滲透到織物內(nèi)部，對(duì)導(dǎo)電性有一定的提高，同時(shí)又不會(huì)對(duì)織物力學(xué)性能造成破壞；雖然聚吡咯對(duì)織物的一些特性沒(méi)有很大的影響，但是在拉伸、彎曲等機(jī)械行為過(guò)程中涂層容易出現(xiàn)裂縫等情況，造成導(dǎo)電性的下降。董猛等采用原位氧化聚合和磁控濺射技術(shù)，以滌綸織物為基底，制備了聚吡咯/Ag導(dǎo)電滌綸織物。他們通過(guò)改變參數(shù)，總結(jié)出了最佳的單體、氧化劑之間的配比，并且制得的導(dǎo)電織物不破壞原來(lái)織物的一些柔軟、透氣等特性。Hao等通過(guò)在針織纖維素織物上原位聚合吡咯，得到具有良好導(dǎo)電性的聚吡咯(PPy)涂層針織物。他的實(shí)驗(yàn)流程如圖2，經(jīng)過(guò)原位聚合得到的導(dǎo)電織物，在織物表面可以形成導(dǎo)電涂層，根據(jù)導(dǎo)電涂層對(duì)機(jī)械的敏感性，可以應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。以聚吡咯為原料來(lái)制備導(dǎo)電織物具有很好的適用性，但是由于聚吡咯與織物的粘牢度較差，因此提高其耐用性是接下去的重點(diǎn)方向。

圖2 PPy涂層織物的制備流程示意

德國(guó)拜耳公司1988年首先合成出了聚噻吩的衍生物聚(3，4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT)，由于PEDOT在雜環(huán)的3和4位置上有一個(gè)二氧烷基橋聯(lián)基團(tuán)，可以降低能隙，因此其表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。與其他聚合物相比，PEDOT不僅電導(dǎo)率高，而且還有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，因此已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)之一。以PEDOT為填料的導(dǎo)電織物在電磁屏蔽、電致變色、超級(jí)電容器等都有很好的應(yīng)用潛力。管應(yīng)凱等采用原位聚合氧化法制備聚3，4-乙撐二氧噻吩/尼龍復(fù)合導(dǎo)電織物，以尼龍為基底，通過(guò)原位聚合法，制備的導(dǎo)電織物的導(dǎo)電層與基底之間粘附力強(qiáng)，不易脫落；但是得到的導(dǎo)電織物熱穩(wěn)定性有所下降，并且織物的機(jī)械性能有一定的下降，比如斷裂強(qiáng)度和撕破強(qiáng)度都有所降低。PEDOT本身為不溶性聚合物，因而限制了其應(yīng)用，隨后，采用一種水溶性的高分子電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸(PSS)摻雜解決了PEDOT的加工問(wèn)題。PEDOT:PSS懸浮液具有較高的導(dǎo)電性、電化學(xué)活性、環(huán)境穩(wěn)定性和良好的加工性能，因此被廣泛用于導(dǎo)電織物的制備。李昕等在聚乙烯醇(PVA)織物表面通過(guò)原位聚合法覆蓋上了致密的PEDOT:PSS導(dǎo)電層。這種PEDOT:PSS/PVA導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性很高，電導(dǎo)率達(dá)到360 S/cm；另外這種導(dǎo)電織物還具有電磁波吸收功能，可以應(yīng)用于吸波材料。Choi等利用浸泡法(圖3)，并用硫酸對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行摻雜，在紗線上附上一層PEDOT:PSS導(dǎo)電層，電導(dǎo)率達(dá)到11.1 S/cm；對(duì)樣品進(jìn)行拉伸和耐洗測(cè)試，結(jié)果表明拉伸、清洗后的導(dǎo)電紗線仍然具有很好的導(dǎo)電性。通過(guò)浸泡方法，可以得到導(dǎo)電性良好的導(dǎo)電織物，并且具有很好的穩(wěn)定性，在進(jìn)行拉伸、彎曲、洗滌等機(jī)械行為后，導(dǎo)電性不會(huì)大幅度的下降，在實(shí)際生產(chǎn)中是較好的選擇。PEDOT涂層織物具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如操作工藝簡(jiǎn)單、具有產(chǎn)業(yè)化的潛力、導(dǎo)電率高等，其仍然是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。

圖3 導(dǎo)電PEDOT:PSS涂層紗線的制備過(guò)程

導(dǎo)電聚合物基導(dǎo)電織物具有良好的導(dǎo)電性，一些新型的研究成果甚至可以用來(lái)取代常用的金屬。目前主要遇到的問(wèn)題在于沉積在織物表面的導(dǎo)電聚合物分布不均勻，導(dǎo)致導(dǎo)電性的不穩(wěn)定。此外，導(dǎo)電聚合物在織物表面的粘合度也是在實(shí)際使用中所遇到的問(wèn)題，粘合度差會(huì)造成導(dǎo)電性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。因此，為提高聚合物基導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性和耐用性，需要選擇合適的方法，比如超聲波、等離子體等方法對(duì)織物進(jìn)行預(yù)處理。

1.2 金屬基導(dǎo)電織物

金屬材料因其高導(dǎo)電性而被認(rèn)為是導(dǎo)電織物填料的較好選擇。金屬基導(dǎo)電織物結(jié)合織物和金屬的一些特性，在抗菌、紫外防護(hù)、形狀記憶織物、儲(chǔ)能等方面具有很廣闊的應(yīng)用前景。目前其制備方法也多種多樣。真空沉積技術(shù)是金屬沉積技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，也是微加工過(guò)程中最常用的技術(shù)之一。濺射納米材料方法可以直接在纖維的表面形成一層薄薄的金屬層。然而，真空沉積和濺射技術(shù)有著巨大的缺點(diǎn)，如儀器昂貴、操作復(fù)雜、不易批量處理等。此外，這兩種方法也不適用于在多孔纖維等復(fù)雜結(jié)構(gòu)上沉積金屬。

金屬顆粒沉積在織物表面可能造成織物的柔性、舒適度下降。因此，金屬基導(dǎo)電織物要求對(duì)織物的柔韌性和舒適度不能造成很大的破壞，所以傳統(tǒng)的刺繡金屬纖維的方法已經(jīng)不適用于現(xiàn)在的使用要求。Wu等通過(guò)共形涂覆法，在織物纖維表面包覆金顆粒，得到耐久性的導(dǎo)電織物。該方法對(duì)織物的空隙結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有破壞；制得的導(dǎo)電織物仍然具有很好的拉伸性能，并且在拉伸過(guò)程中導(dǎo)電性能保持一定的穩(wěn)定性；在洗滌、彎曲等情況下，制得的織物仍然具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性。韋肖等對(duì)纖維進(jìn)行鍍銀，對(duì)織物的導(dǎo)電性和防輻射性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明鍍銀量越多，導(dǎo)電性能越好，防輻射性能也越好。Huang等通過(guò)均勻地覆蓋鋅(作為陽(yáng)極)和氫氧化鎳納米片(作為陰極)來(lái)制造可充電的紗線電池。該實(shí)驗(yàn)中制得的紗線電池具有內(nèi)在的安全性和較高的能量密度，是一種很有前途的新型動(dòng)力源。但是由于該實(shí)驗(yàn)操作條件要求高，比較適合用于實(shí)驗(yàn)室的研究。Qin等在織物表面化學(xué)鍍納米銀，制備了一種新型的導(dǎo)電織物，可以作為心電圖采集設(shè)備的電極，用于對(duì)心電圖信號(hào)進(jìn)行采集。

金屬基導(dǎo)電織物的制備主要通過(guò)對(duì)織物表面進(jìn)行預(yù)處理，然后在織物表面進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)固定上一層金屬顆粒，從而制備導(dǎo)電織物。雖然使用金屬顆粒制備的導(dǎo)電織物具有良好的導(dǎo)電性，但金屬顆粒填充在織物空隙結(jié)構(gòu)中可能會(huì)影響紡織品的柔韌性，并且由于金屬顆粒的剛性和脆性，導(dǎo)致織物在編織和反復(fù)彎曲時(shí)金屬顆粒容易掉落從而造成導(dǎo)電性下降。因此在研究耐久受用的金屬基導(dǎo)電織物方面還需要深入研究。

1.3 碳基導(dǎo)電織物

碳基材料(碳納米管、石墨烯)具有高機(jī)械強(qiáng)度、質(zhì)輕、環(huán)境穩(wěn)定性和優(yōu)異的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。這些優(yōu)點(diǎn)使得碳基材料成為導(dǎo)電紡織品的重要候選材料，在制備導(dǎo)電織物的研究中具有廣泛的應(yīng)用。

碳納米管(CNTs)具有高比表面積、低電阻、低質(zhì)量密度和高穩(wěn)定性等特性，在導(dǎo)電織物的制備中具有一定的潛力。雖然純CNTs紗線表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性和高強(qiáng)度，但其抗彎曲和耐磨性弱，這限制了它們?cè)诩徔椘分械膽?yīng)用。然而，CNTs可以通過(guò)一種簡(jiǎn)單且成本低廉的浸漬干燥方法涂覆在各種纖維上，如纖維素或滌綸紗線。但是用這種方法制備導(dǎo)電纖維并沒(méi)有良好的耐久性，因?yàn)镃NTs主要吸附在織物的表面，導(dǎo)電織物經(jīng)多次重復(fù)彎曲后，CNTs容易脫落。周洲等利用浸漬的方法，得到CNTs滌綸復(fù)合織物，并測(cè)試得到滌綸織物導(dǎo)電能力。結(jié)果表明：CNTs的引入可以提高織物的導(dǎo)電性。浸漬工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，在實(shí)驗(yàn)室就可以大批量生產(chǎn)，雖然得到的樣品導(dǎo)電性不高，但是抗靜電性能有很大的改善。但是這種產(chǎn)品也存在一些缺點(diǎn)，比如織物的CNTs層容易脫落、織物原有的舒適感下降等。Yang等利用環(huán)錠紡技術(shù)制備CNTs/棉復(fù)合紗線，賦予紗線良好的導(dǎo)電能力。在他們的實(shí)驗(yàn)中先將棉紗浸泡CNTs溶液后烘干，然后采用環(huán)錠紡將CNTs棉粗紗紡成紗線，操作步驟如圖4所示。結(jié)果表明CNTs可以均勻的分布在紗線表面，在拉伸條件下導(dǎo)電性仍然具有一定的穩(wěn)定性。在實(shí)際生產(chǎn)中環(huán)錠紡技術(shù)簡(jiǎn)便高效，并且制得的導(dǎo)電織物具有很好的耐洗性和耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，是一種制備CNTs基導(dǎo)電織物的良好選擇。Du等在超聲條件下在無(wú)紡布上連接上CNTs，制備出耐水洗的導(dǎo)電織物。當(dāng)一片無(wú)紡布在CNTs溶液中受到超聲作用時(shí)，無(wú)紡布可以被局部軟化，從而使CNTs焊接在纖維表面，從而得到導(dǎo)電織物。他的實(shí)驗(yàn)中制備的導(dǎo)電織物具有很好的耐洗性，即使在水中劇烈洗滌40小時(shí)后，CNTs仍然吸附在纖維表面上；雖然織物的導(dǎo)電性略有下降，但這只是纖維的損傷而不是CNTs的脫落造成的。

圖4 CNTs/棉紗的制備工藝

CNTs由于具有大的縱橫比、極高的強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，在導(dǎo)電織物的制備領(lǐng)域中，已經(jīng)成為可以代替金屬材料的選擇之一。雖然基于CNTs的導(dǎo)電織物引起了人們極大的關(guān)注，但是CNTs原料貴，在織物表面覆蓋均勻連續(xù)的CNTs層，多是通過(guò)物理吸附在織物表面，因此容易脫落。目前這些問(wèn)題還是制約著CNTs涂層織物的應(yīng)用。因此，利用CNTs制備導(dǎo)電織物的過(guò)程中，將CNTs與織物緊密結(jié)合、優(yōu)化工藝、節(jié)約成本和提高效率是目前最需要解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，由于氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(rGO)具有較高的導(dǎo)電性能，已經(jīng)成為導(dǎo)電織物的添加填料之一。在制備環(huán)保的可穿戴導(dǎo)電紡織品領(lǐng)域中，顯示出巨大的應(yīng)用潛力。遲淑麗等將纖維素溶解，然后將GO混入融好的纖維素溶液中，制得GO/纖維素復(fù)合纖維，并且對(duì)GO的量對(duì)復(fù)合纖維的導(dǎo)電性的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：隨著GO量的增加，導(dǎo)電性也不斷增加。Karim等設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、高效的方法，通過(guò)化學(xué)還原GO得到穩(wěn)定的rGO分散劑，然后利用壓軋烘干，將其負(fù)載到織物表面。該實(shí)驗(yàn)制得的rGO涂層織物具有可耐水洗性、柔韌性和可彎曲性，織物的拉伸強(qiáng)度和應(yīng)變率均有顯著提高。通過(guò)壓軋烘干的工藝可以使得導(dǎo)電填料之間的接觸更加緊密，從而提高導(dǎo)電性。Cataldi等通過(guò)將織物浸漬到GO和熱塑性聚氨酯分散液中，制備出的導(dǎo)電織物在對(duì)折、拉伸、水洗后導(dǎo)電性能仍然具有一定的穩(wěn)定性。該織物還具有自愈能力，經(jīng)過(guò)高溫?zé)釅褐?，織物表面形成的裂縫可以愈合，使導(dǎo)電性能恢復(fù)到原來(lái)的水平。Vinisha等采用等離子體預(yù)處理技術(shù)，提高了織物表面的粗糙度和氧官能團(tuán)，從而提高了GO和織物間的附著力，這一創(chuàng)新技術(shù)為導(dǎo)電織物制備提供了很好的方法。

GO和rGO是很有前途的二維材料，雖然以其為填料的導(dǎo)電織物導(dǎo)電性不高，但是具有很好的柔軟性和應(yīng)變敏感性，可以很好的用于可穿戴設(shè)備。但織物與填料之間的附著力差，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)斷裂、脫落等情況。所以需要選擇合適的粘結(jié)劑，比如牛血清白蛋白，用來(lái)更好的固定石墨烯基填料。

2 導(dǎo)電織物的應(yīng)用

2.1 心電圖監(jiān)測(cè)

隨著生活水平的提高，對(duì)醫(yī)療應(yīng)用設(shè)施要求越來(lái)越高，如護(hù)理管理、監(jiān)測(cè)和診斷、外科治療、電療等。將導(dǎo)電織物用于心電圖監(jiān)測(cè)(ECG)是最近的研究熱點(diǎn)之一。ECG是記錄心臟電活動(dòng)的一種簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)的檢查方法。比如Textronics公司生產(chǎn)了一種運(yùn)動(dòng)文胸，將鍍銀的尼龍與棉覆蓋的萊卡布結(jié)合在一起，這款文胸包含特定區(qū)域的集成針織傳感器，通過(guò)身體與織物的壓力可以檢測(cè)心率。由于這是動(dòng)態(tài)的檢測(cè)，在檢測(cè)心血管疾病和血壓的方面具有重要意義。Zhang等將導(dǎo)電織物用于可穿戴心電圖設(shè)備的電極，用于隨時(shí)采集心電圖信號(hào)，可以提醒他人注意心臟病發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)。這種導(dǎo)電織物心電圖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在任何時(shí)間和地點(diǎn)都是可用的，可以盡早準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和診斷致命性心律失常，對(duì)于有心臟問(wèn)題的人來(lái)說(shuō)是非常重要的。

2.2 電阻式加熱織物

電阻式加熱織物是一種新興的智能紡織品，主要致力于人體的保暖和熱療。在這種系統(tǒng)中，電壓連到導(dǎo)電織物上，當(dāng)電流通過(guò)織物時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱量供給人體的需求。電驅(qū)動(dòng)電阻式加熱織物具有加工工藝簡(jiǎn)單、操作可控、功率轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，非常適合達(dá)到預(yù)期的目的。人體中膝蓋、背部等部位都需要保暖，使用這種加熱織物可以有效防止風(fēng)濕的形成?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的情況，加熱織物應(yīng)該提供足夠的透氣能力，防止皮膚上的汗水積聚。另外，加熱織物應(yīng)該可以經(jīng)受的住人體的一些機(jī)械行為，比如彎曲、扭轉(zhuǎn)等。Li等利用CNT修飾織物，得到的織物具有良好的柔性、可拉伸性和透氣性，并且可以在各種形變下穩(wěn)定地工作。在不同的條件下，織物升溫范圍可以在28 ℃到68 ℃之間調(diào)節(jié)。

2.3 電磁屏蔽

導(dǎo)電織物由于其導(dǎo)電性能、電磁干擾屏蔽效能、靜電消散性、透氣性和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其中電磁屏蔽是最為成熟的技術(shù)。電磁屏蔽是利用導(dǎo)電材料制成的屏障來(lái)限制電磁波進(jìn)入某一空間的過(guò)程，是保護(hù)電子電氣設(shè)備以及人體免受電磁輻射的一種非常有效的方法。因此導(dǎo)電織物通?？捎糜诜雷o(hù)工作服、家用紡織品，以及汽車(chē)、建筑和航海領(lǐng)域。比如常用的室內(nèi)屏蔽系統(tǒng)采用的是一種尼龍66非織造布，在特殊工藝下涂上導(dǎo)電銅，該材料具有柔軟、輕巧和透氣的特點(diǎn)，并且在4 MHz至1 GHz的頻率范圍內(nèi)，屏蔽效率可達(dá)40～80 dB。導(dǎo)電織物技術(shù)日趨成熟，在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷深入，在保護(hù)人體免受電磁輻射、防止電磁波泄漏等方面將會(huì)有越來(lái)越重要的作用。

2.4 傳感器

基于導(dǎo)電織物的應(yīng)變傳感器的響應(yīng)機(jī)理是：當(dāng)織物幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)電填料的接觸點(diǎn)發(fā)生變化，因而電阻隨應(yīng)變的變化而變化。由于織物具有高強(qiáng)度，良好的抗撕裂性，良好的柔韌性等優(yōu)點(diǎn)，因此可以在較大的形變范圍內(nèi)正常工作。目前有許多研究將導(dǎo)電織物應(yīng)用于傳感器。在研究應(yīng)變傳感器織物中必須考慮幾個(gè)關(guān)鍵因素，比如傳感響應(yīng)必須容易測(cè)量、傳感器必須具有較高的敏感性和較大的測(cè)量范圍等。Seyedin等先將PEDOT:PSS與聚氨酯進(jìn)行濕法紡絲，再將得到的纖維編織到織物結(jié)構(gòu)中，制得低電阻、高靈敏度、高穩(wěn)定性和傳感范圍大的應(yīng)變傳感器。該傳感器適用于二維控制裝置和面應(yīng)變檢測(cè)。

2.5 其它應(yīng)用

導(dǎo)電織物不僅具有織物原有的特性，還新增了導(dǎo)電填料的性能，比如電致變色等。電致變色織物在外加電場(chǎng)的作用下，其外觀上可表現(xiàn)出顏色可逆變化，因此在智能服裝、柔性電致變色器等方面都是研究的熱點(diǎn)。常龍威等研究與開(kāi)發(fā)了聚苯胺電致變色織物，可對(duì)織物的外觀顏色進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外在一些智能設(shè)備領(lǐng)域如柔性電子鍵盤(pán)、柔性顯示器、柔性電池等，導(dǎo)電織物的應(yīng)用也在不斷的擴(kuò)展，扮演越來(lái)越重要的角色。

3 結(jié) 語(yǔ)

由于織物的獨(dú)特特點(diǎn)，如質(zhì)輕、靈活性、耐磨性以及固有的保暖和舒適的特性，使其成為制備柔性設(shè)備的理想載體。導(dǎo)電織物是新一代的智能紡織品，在醫(yī)療、儲(chǔ)能、電磁屏蔽和傳感器等方面展現(xiàn)出巨大的潛力，因此研發(fā)低成本、綜合性能良好的導(dǎo)電織物是必然的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)不同的導(dǎo)電填料，導(dǎo)電織物可以分為聚合物基導(dǎo)電織物、金屬基導(dǎo)電織物和碳基導(dǎo)電織物。導(dǎo)電織物應(yīng)該具有質(zhì)輕、柔軟、舒適等特點(diǎn)，并且具有良好的導(dǎo)電性。目前需要解決的問(wèn)題是導(dǎo)電填料在織物表面分布的不均勻、導(dǎo)電性能的耐久性差等缺點(diǎn)。因此需要不斷改進(jìn)方法和工藝，利用超聲波、等離子體等處理方法對(duì)織物進(jìn)行預(yù)處理，可以有效地提高導(dǎo)電填料和織物間的牢度，從而提高導(dǎo)電填料在織物上的均勻性。

研究和開(kāi)發(fā)導(dǎo)電織物具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)電織物將在更多的不同領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的地位。