導(dǎo)電纖維在新型紡織品中的應(yīng)用進(jìn)展

謝金林　張京　郭宇星　趙志慧　邱華　顧鵬

摘 要：近年來隨著科技的發(fā)展以及人類生活水平的提升，以導(dǎo)電纖維/紗線為原料織造而成的現(xiàn)代新型紡織品在抗靜電、電磁屏蔽、傳感等領(lǐng)域得到了巨大的進(jìn)展。然而由于傳統(tǒng)金屬導(dǎo)電纖維手感差及傳統(tǒng)碳纖維難以進(jìn)行色彩再加工等原因，限制了傳統(tǒng)導(dǎo)電纖維在現(xiàn)代紡織品尤其是智能紡織品上的發(fā)展與應(yīng)用。結(jié)合近年來國(guó)內(nèi)外導(dǎo)電纖維領(lǐng)域的研究成果，從導(dǎo)電纖維的分類、制備方法、應(yīng)用等幾個(gè)角度出發(fā)，綜述了導(dǎo)電纖維在新型紡織品中的應(yīng)用進(jìn)展。文章將導(dǎo)電纖維分成無機(jī)導(dǎo)電纖維、有機(jī)導(dǎo)電纖維和復(fù)合導(dǎo)電纖維等三大類，介紹了導(dǎo)電纖維的制備方法，如紡絲法、涂覆導(dǎo)電層法等；然后著重介紹了導(dǎo)電纖維在抗靜電、抗電磁輻射和纖維基柔性傳感器中的應(yīng)用；最后，文章總結(jié)了導(dǎo)電纖維近年來的發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)，并指出其在發(fā)展中面臨的亟待解決的問題。期望導(dǎo)電纖維不僅在傳統(tǒng)的抗靜電、抗輻射領(lǐng)域發(fā)揮作用，而且能與物理、電子等學(xué)科進(jìn)行交叉，在智能可穿戴電子器件、柔性能源存儲(chǔ)及多功能紡織品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電纖維；柔性纖維；抗靜電；電磁屏蔽；智能可穿戴設(shè)備

中圖分類號(hào)：TS102.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-265X（2023）06-0241-14

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人類生活品質(zhì)的不斷改善，紡織品的保暖、蔽體、美觀等作用已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，許多功能性紡織品順時(shí)而生。為了提高紡織品的附加值，市場(chǎng)對(duì)多功能、新穎、高附加值的纖維需求量很大。近年來，隨著智能穿戴的興起與航空航天特種裝備的發(fā)展，導(dǎo)電纖維的研究與開發(fā)逐漸成為研究的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)。導(dǎo)電纖維可用于傳感器、防靜電服裝、電磁干擾屏蔽面料、信號(hào)傳輸和交互紡織品中，用導(dǎo)電纖維制得的導(dǎo)電紡織品因?yàn)槠鋬?yōu)良的抗靜電、抗電磁輻射性能而深受市場(chǎng)的喜愛。因此，導(dǎo)電紡織品不僅在紡織行業(yè)，而且在電子制造、汽車工業(yè)、軍工等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

導(dǎo)電纖維一般指在20℃、相對(duì)濕度65%的條件下電阻率小于107 Ω·cm的纖維，是功能性纖維里的一個(gè)重要品種［1］。20世紀(jì)中葉，隨著科技的發(fā)展和電子產(chǎn)品的革新?lián)Q代，靜電對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響凸顯，人們逐漸重視其對(duì)身體健康的負(fù)面影響，并開始將視線轉(zhuǎn)移到開發(fā)抗靜電纖維上來，因此世界上第一種金屬導(dǎo)電纖維-美國(guó)“Brunsmet”由此應(yīng)運(yùn)而生。而中國(guó)最早的導(dǎo)電纖維是1983年由長(zhǎng)沙礦冶研究院率先研發(fā)出來的不銹鋼纖維［2］。金屬導(dǎo)電纖維以不銹鋼、銅、鋁等金屬為導(dǎo)電原料，將金屬絲從模具中反復(fù)拉伸制得。然而，金屬導(dǎo)電纖維有著較多的缺點(diǎn)：與其他纖維混紡時(shí)抱合力差、加工困難且制成的紡織品手感差；同時(shí)在生產(chǎn)極細(xì)單絲時(shí)生產(chǎn)成本高，制成的紡織品性能差。而后又出現(xiàn)了碳纖維，碳纖維一般是以腈綸、粘膠、瀝青纖維為原絲，經(jīng)過碳化或石墨化處理后制得的導(dǎo)電纖維，導(dǎo)電性能優(yōu)良。但因其價(jià)格高并不適合普通的防靜電織物方面的應(yīng)用。因此，科研人員正持續(xù)地對(duì)新型導(dǎo)電纖維進(jìn)行研究探索。目前，制備導(dǎo)電纖維的較為合理且研究量較大的方式是在纖維的表面涂上一層導(dǎo)電皮層，或者將導(dǎo)電物質(zhì)與成纖高聚物共混或復(fù)合紡絲。本文綜述了導(dǎo)電纖維材料的分類、制備方法及其導(dǎo)電纖維在紡織品加工中的應(yīng)用，并對(duì)現(xiàn)階段導(dǎo)電纖維的應(yīng)用和發(fā)展提出了展望。

1 導(dǎo)電纖維材料

1.1 導(dǎo)電纖維的分類

1.1.1 無機(jī)導(dǎo)電纖維

無機(jī)導(dǎo)電纖維主要分為金屬導(dǎo)電纖維和無機(jī)非金屬導(dǎo)電纖維。金屬導(dǎo)電纖維是由一根不銹鋼絲經(jīng)過模具的反復(fù)拉伸而制得的，具有良好的導(dǎo)電性，其電阻率可達(dá)10-4～10-5 Ω·cm［3］。除不銹鋼之外，其他的金屬元素如銅、鋁等也是很好的制造金屬導(dǎo)電纖維的原料，他們的導(dǎo)電性、耐熱和抗化學(xué)侵蝕性都十分優(yōu)異。金屬導(dǎo)電纖維自身的導(dǎo)電性能、導(dǎo)磁性能、耐高溫性能以及導(dǎo)熱性能都十分優(yōu)良，在與其他普通纖維進(jìn)行混紡時(shí)，可使混紡紗具有抗靜電、抗電磁輻射和抗菌功能。但是這種模具拉伸法制得的金屬導(dǎo)電纖維存在缺陷：在與其他纖維混紡時(shí)，抱合力差，易斷裂，制成的織物手感差，服用性能差；這些缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用和發(fā)展。為了減少上述缺點(diǎn)在紡織品生產(chǎn)中造成的不良影響，德國(guó)紡織機(jī)械和高性能材料技術(shù)研究所（ITM）綜合考慮到金屬纖維的高剛性和高脆性，在傳統(tǒng)紡紗工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了以刨花金屬短纖維為原料，集拉伸、紡紗過程于一體的紡紗工藝鏈來生產(chǎn)純金屬紗線，這種方法一定程度上改善了織物的手感和服用性能，延伸了金屬纖維的應(yīng)用范圍［4］。

另一種常見的無機(jī)導(dǎo)電纖維——無機(jī)非金屬導(dǎo)電纖維，主要是指碳纖維。導(dǎo)電碳纖維主要是以腈綸、粘膠等纖維為原絲，經(jīng)過碳化、石墨化等處理而制成的一種新型的纖維狀材料。碳纖維既具有碳材料導(dǎo)電的特性，又具備纖維的柔軟性和可紡性。而且碳纖維是電阻的負(fù)溫度系數(shù)導(dǎo)體，相對(duì)濕度對(duì)其導(dǎo)電性的影響不大；同時(shí)碳纖維導(dǎo)電成分均一，具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、耐熱、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)［5-6］。碳纖維由于其質(zhì)輕高強(qiáng)、優(yōu)異的導(dǎo)電性、高模量等特點(diǎn)，一般作為復(fù)合材料中的編織增強(qiáng)組分，與金屬、陶瓷、樹脂等進(jìn)行復(fù)合，用于對(duì)傳統(tǒng)金屬、金屬合金的輕量化替代，大規(guī)模應(yīng)用主要有自行車車架、汽車零部件。但是碳纖維價(jià)格昂貴，不適宜大規(guī)模的衣物生產(chǎn)。且碳纖維的顏色為黑色，難以進(jìn)行色彩的再加工，無法滿足紡織品色彩多樣化的需求。因此，碳纖維在紡織品領(lǐng)域應(yīng)用受限。

1.1.2 有機(jī)導(dǎo)電纖維

有機(jī)導(dǎo)電纖維主要為導(dǎo)電聚合物類纖維，通常由導(dǎo)電聚合物本身紡絲成型，不需要復(fù)雜的導(dǎo)電物質(zhì)摻雜。1977年，日本筑波大學(xué)的白川英樹（Shirakawa）課題組在合成聚乙炔薄膜時(shí)由于操作失誤，加入過量催化劑而合成得到了高取向順式聚乙炔。隨后，白川英樹與美國(guó)化學(xué)家Heeger及MacDiarmid合作發(fā)現(xiàn)經(jīng)五氟化砷摻雜后的聚乙炔具有良好的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率可達(dá)103 S/cm，達(dá)到了金屬級(jí)別。由此，導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了有機(jī)導(dǎo)電纖維的新紀(jì)元。聚乙炔是最早被系統(tǒng)性研究的一類導(dǎo)電聚合物，隨后， 聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等導(dǎo)電高分子被廣泛研究［7］。一般情況下，由于導(dǎo)電高分子的熔點(diǎn)高于其分解溫度，因而不能用熔融紡絲法制備，主要使用溶液紡絲法。導(dǎo)電纖維的性能與聚合物本身的相對(duì)分子質(zhì)量、溶解性、紡絲成型方法和摻雜方法等有關(guān)。

聚吡咯是一種雜環(huán)共軛型導(dǎo)電聚合物，導(dǎo)電聚吡咯具有共軛鏈氧化、對(duì)應(yīng)陰離子摻雜結(jié)構(gòu)，其電導(dǎo)率可達(dá)102～103 S/cm，拉伸強(qiáng)度可達(dá)50～100 MPa，其還具有良好的生物相容性、快速可逆的氧化還原反應(yīng)以及高能量負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的導(dǎo)電材料［8］。聚吡咯可由吡咯單體通過化學(xué)氧化法或者電化學(xué)方法制得。聚噻吩也是一種常見的導(dǎo)電聚合物，其制備過程簡(jiǎn)單，且具有良好的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能而受到研究者們的廣泛關(guān)注，其合成方法有化學(xué)氧化聚合法、電化學(xué)聚合法、光電化學(xué)沉積法等［9］。相比其他高聚物，聚噻吩具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性，不會(huì)降解為有害物質(zhì)，較為安全環(huán)保。聚噻吩的導(dǎo)電原理由摻雜和共軛體系實(shí)現(xiàn)，其主要摻雜類型有兩種：P型摻雜與N型摻雜。經(jīng)摻雜后的聚噻吩，其電導(dǎo)率大大提高。聚吡咯和聚噻吩都可通過溶液紡絲法直接制成導(dǎo)電纖維。

相比于聚吡咯和聚噻吩纖維，聚苯胺纖維是研究最為廣泛的導(dǎo)電聚合物纖維。聚苯胺是一種帶有共軛雙鍵的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物。具有合成方法簡(jiǎn)單、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高和電化學(xué)性能好，在抗靜電、電磁屏蔽、傳感器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［10］。聚苯胺導(dǎo)電纖維的制備方法也較為成熟，一般先將聚苯胺溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、LiCL/NMP或濃硫酸中來制成紡絲液，再采用濕法紡絲法，將紡絲液在凝固浴中拉伸制得聚苯胺纖維。通過少量質(zhì)子酸處理后，電導(dǎo)率一般為0.1～10 S/cm，并可以通過改變質(zhì)子酸處理的濃度及時(shí)間來對(duì)聚苯胺纖維的電導(dǎo)率進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，這也是其他纖維所不具備的特有的性質(zhì)［11］。

雖然用聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等導(dǎo)電高聚物可以直接紡絲制成有機(jī)導(dǎo)電纖維，但由于這些高分子主鏈中高度共軛的結(jié)構(gòu)使得分子鏈僵直，難于溶解和熔融，使聚合物的紡絲成形和后加工都比較困難。另外，有些聚合物中的氧原子容易與水發(fā)生反應(yīng)；有些聚合物單體毒性較大，合成過程比較復(fù)雜；這些都大大增加了成形加工的難度與成本。到目前為止，聚合物直接紡絲而成的導(dǎo)電纖維尚且難以大規(guī)模應(yīng)用于紡織品，而將聚合物與其他導(dǎo)電物質(zhì)復(fù)合或共混紡絲制成復(fù)合導(dǎo)電纖維能有效地解決這一問題［12］。

1.1.3 復(fù)合型導(dǎo)電纖維

復(fù)合型導(dǎo)電纖維，其基本原理是將金屬材料、導(dǎo)電高分子、碳基材料等多種導(dǎo)電材料與普通纖維進(jìn)行復(fù)合，或?qū)w維或紗線基體進(jìn)行改性，來制備導(dǎo)電纖維。復(fù)合型導(dǎo)電纖維較常用的加工方法主要有共混紡絲法和表面涂覆導(dǎo)電層法。復(fù)合型導(dǎo)電纖維兼具導(dǎo)電性與傳統(tǒng)纖維的抗摩擦、抗屈曲、抗氧化和抗腐蝕的能力，它很容易與其他的纖維進(jìn)行抱合混紡或交織，還擁有優(yōu)異、持久的導(dǎo)電性。所以，該類纖維在產(chǎn)業(yè)紡織品、服裝等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

1974年，美國(guó)杜邦公司首先研制出了名為Antron III的皮芯復(fù)合導(dǎo)電纖維，這種纖維以聚乙烯為芯，聚酰胺66（PA66）為皮。自此以后，世界上主要的化工企業(yè)相繼投入到了對(duì)含炭黑成分的復(fù)合導(dǎo)電纖維的研發(fā)中。然而炭黑復(fù)合導(dǎo)電纖維的顏色一般都是灰黑色，這就制約了它的使用范圍。因此，從20世紀(jì)80年代，人們開始對(duì)導(dǎo)電性纖維的白色化進(jìn)行深入的研究。不同國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)先后利用銅、銀、鎳、鎘等金屬硫化物、碘化物和氧化物作為導(dǎo)電性材料，通過復(fù)合紡絲，制備出了滿足不同著色要求的白色導(dǎo)電纖維。

1989年，Gregory等［13］以錦綸為基體，利用原位吸附聚合法，使苯胺在纖維表面進(jìn)行氧化聚合，從而使其能夠在纖維表面上均勻地沉積，并滲透到纖維內(nèi)部。這種方法制備出的導(dǎo)電纖維由于其滲透到纖維內(nèi)部的交織結(jié)構(gòu)使其具有較高的皮芯穩(wěn)定性，因此導(dǎo)電性十分持久。除了以錦綸等合成纖維為基體來制備導(dǎo)電纖維外，研究人員還將天然纖維作為基體來制造導(dǎo)電性能優(yōu)異的抗靜電纖維，充分發(fā)揮基體天然纖維具有的保暖、抗菌、吸濕排汗等特性。比如，F(xiàn)oitzik等［14］通過化學(xué)氣相聚合法，在羊毛織物表面均勻的覆蓋一層導(dǎo)電高聚物，導(dǎo)電聚噻吩層使織物表面的電導(dǎo)率得到了顯著提升。

近年來，由于納米科技的進(jìn)步，新型納米復(fù)合導(dǎo)電纖維逐漸被開發(fā)出來［15］。各種形貌的納米顆?？梢蕴畛鋵?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的空位，使導(dǎo)電通路更加順暢，進(jìn)一步提升導(dǎo)電纖維的電導(dǎo)率。Wang等［16］發(fā)現(xiàn)從木材等自然資源中分離出來的纖維素納米原纖維具有很強(qiáng)的機(jī)械性能，高的熱穩(wěn)定性，光學(xué)透明性和易于功能化的特性，這對(duì)于制造高性能電子設(shè)備非常重要。通過濕法紡絲紡制可再生纖維素納米纖維（CNF）和銀納米線（AgNW）來獲得導(dǎo)電的AgNW-CNF纖維。Wang等［16］通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AgNWs的負(fù)載量對(duì)CNF-AgNW纖維的導(dǎo)電性有著重要影響。中空CNF-AgNW纖維以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％～40％的AgNW負(fù)載比形成，其中40％含量的CNF-AgNW中空纖維實(shí)現(xiàn)了6.8×105 S/m的高電導(dǎo)率。由于CNF-AgNW纖維具有很高的柔韌性和良好的機(jī)械性能，因此可以很容易地與其他可商購(gòu)的纖維進(jìn)行編織或整合，具有廣闊的應(yīng)用前景。除了將銀納米線負(fù)載到CNF上制備導(dǎo)電纖維之外，Zhou等［17］還以CNF為基體，通過界面合成法，將導(dǎo)電金屬-有機(jī)框架（c-MOF）納米涂層均勻地負(fù)載到CNF上，最終制備了CNF@c-MOF復(fù)合納米導(dǎo)電纖維。制備過程如圖1（a）所示。由于c-MOF具有高導(dǎo)電性，使得該復(fù)合納米導(dǎo)電纖維展現(xiàn)出100 S/m的超高電導(dǎo)率。與此同時(shí)MXene作為一種二維層狀納米材料，同樣擁有極高的電導(dǎo)率、快速的離子擴(kuò)散性和高可逆表面氧化還原反應(yīng)性。Zhang等［18］將小MXene（S-MXene）和大MXene（L-MXene）依次涂覆到棉紗和棉織物上，分別制備了SL-MXene導(dǎo)電棉紗（SL-MY）和導(dǎo)電棉織物（SL-MF），制備過程如圖1（b）所示。該導(dǎo)電棉織物的電導(dǎo)率可達(dá)到2020 S/m，電磁屏蔽效能可以達(dá)到42.7 dB，且在洗滌50次后，其電磁屏蔽效能還能保持在33.6 dB。

2 導(dǎo)電纖維的制備方法

導(dǎo)電纖維的制備方法有很多種，大體上可分為紡絲法和纖維表面涂覆導(dǎo)電層法，也有一些其他的方法，如拉伸法和碳化法。下文將對(duì)導(dǎo)電纖維的制備方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

a）紡絲法。紡絲法是制備纖維的重要方法之一。在紡絲工藝中，又分為共混或復(fù)合紡絲法和聚合物直接紡絲法。其中，共混或復(fù)合紡絲法即采用各種導(dǎo)電物質(zhì)如金屬氧化物、有機(jī)物等與成纖高聚物經(jīng)紡絲法制得纖維的方法。聚合物直接紡絲是指采用濕法紡絲法將導(dǎo)電聚合物（例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）紡絲溶液從噴絲頭的噴絲孔中壓出，在凝固浴中冷卻，直接紡成纖維的方法，濕法紡絲過程如圖2（a）所示［19-20］。薛超等［21］以碳納米管（CNT）、液體金屬（LM）、熱塑性聚氨酯（TPU）等為基材，以N-二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑，以去離子水（DMF）為凝固浴，采用濕法紡絲法，制備CNT/LM/TPU復(fù)合導(dǎo)電纖維。該試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)纖維被擰得更緊時(shí)，其橫截面會(huì)增加，而當(dāng)纖維的電阻率一定時(shí)，橫截面的增加會(huì)降低其電阻，從而提升導(dǎo)電性。微控流紡絲是一種以傳統(tǒng)濕法紡絲為基礎(chǔ)，開發(fā)出的一種可以生產(chǎn)微米級(jí)纖維的新型紡絲技術(shù)，這種技術(shù)可以通過對(duì)微通道中微尺度液體的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維的尺寸和形貌的微觀控制［22］。Srivastava等［23］采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）的微流控裝置，利用微控流技術(shù)，并采用一步和兩步紡絲法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚乙烯吡咯烷酮及聚吡咯納米纖維的可控制備。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于PDMS的微控流裝置可形成多射流紡絲源，具有快速成型的優(yōu)勢(shì)，且制成的導(dǎo)電納米纖維在生物傳感、智能導(dǎo)電織物上都有很大的應(yīng)用潛力。靜電紡絲技術(shù)也是制備導(dǎo)電纖維的一種重要的工藝，其原理是聚合物或熔體在強(qiáng)電場(chǎng)中直接噴射紡絲，可生產(chǎn)長(zhǎng)徑比大、比表面積大的納米級(jí)纖維［24］，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。 另一種常見的濕法紡絲是浮動(dòng)催化化學(xué)氣相沉積（FCCVD）法也叫化學(xué)氣相沉積直接紡絲法，是制備碳納米管（CNT）纖維的常用方法［25］，流程工藝如圖2（b）所示。 用該方法制備的CNT纖維具有優(yōu)異的機(jī)械性能、超高的電導(dǎo)率和極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，在導(dǎo)電多功能織物、智能可穿戴設(shè)備以及超級(jí)電容器電極材料中應(yīng)用廣泛［26］。

b）纖維表面涂覆導(dǎo)電層法。纖維表面涂覆導(dǎo)電層法是指采用一定的方法在纖維表面形成一層可導(dǎo)電的物質(zhì)，如鍍覆法和原位合成法。采用超臨界流體（SCF）技術(shù)在纖維上鍍一層金屬使纖維獲得良好的導(dǎo)電性是鍍覆法的一種，國(guó)內(nèi)外學(xué)者正致力于芳綸、聚酯和錦綸等合成纖維在該技術(shù)中的研發(fā)。但是，目前采用 SCF技術(shù)對(duì)纖維表面進(jìn)行鍍金屬時(shí)，仍面臨著許多問題，比如：纖維與金屬板之間的黏附性較低等。且該技術(shù)在應(yīng)用過程中，對(duì)材料的耐熱性要求較高，制約了天然纖維在這種技術(shù)中的應(yīng)用。Cho等［27］將腈綸浸泡在銅鹽溶液中，使銅離子與腈綸纖維的氰基絡(luò)合，在纖維表面生成銅硫化物，以提高腈綸纖維的導(dǎo)電性。由日本蠶毛印染公司生產(chǎn)的“SSN”纖維以日本帝人公司生產(chǎn)的“T-25”纖維（電阻率在107～108 Ω·cm之間）和聚苯胺（PAN）纖維為原料，并且將碘化亞銅（CuI）涂覆在纖維表面，制備導(dǎo)電纖維。中國(guó)還以PAN和聚酰胺（PA）為基體生產(chǎn)出了名為EC-N的導(dǎo)電纖維［28］。共聚接枝法作為原位合成法的一種，是將合適的支鏈或功能側(cè)基以化學(xué)方式結(jié)合到大分子鏈段上，從而制備出性能優(yōu)良的改性纖維的方法。與傳統(tǒng)的物理涂覆、涂層等方式相比，共聚接枝法是一種化學(xué)改性，它的物理化學(xué)性質(zhì)更加優(yōu)良，并且其耐用性、穩(wěn)定性也更高。范潔［29］以苯胺單體為原料，采用接枝共聚的方法使苯胺單體（PANI）在環(huán)氧氯丙烷（ECIP）-聚乙烯醇（PVA）的表面進(jìn)行接枝聚合，制備了ECIP-PVA/PANI復(fù)合導(dǎo)電纖維。相似的工作還有將MOF、MXene以及石墨烯等導(dǎo)電材料通過化學(xué)方法原位錨固在纖維表面［30］。

c）其他方法。拉伸法是制備金屬絲導(dǎo)電纖維的主要方法，其又分為單絲拉伸法和集束拉伸法，用這兩種方法生產(chǎn)的纖維直徑約為8～35 μm，與熔融紡絲法生產(chǎn)的纖維直徑幾乎相同［31］。采用切割法制備的纖維直徑一般在15～300 μm之間。結(jié)晶析出法可以得到的纖維的最小直徑在0.2～8.0 μm之間，采用這種方法可以得到較短的纖維。主要用于抗靜電地毯、工裝布料的生產(chǎn)以及無紡布的生產(chǎn)制造。采用碳化工藝對(duì)纖維進(jìn)行深加工也是當(dāng)前普遍采用的一種方式。普通纖維（如聚苯胺纖維、纖維素纖維、瀝青纖維等）經(jīng)過碳化后，纖維的導(dǎo)電性可以得到大幅度提高。以碳纖維為例，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱等特性優(yōu)異，但其模量較大韌性小，所以在傳統(tǒng)紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。目前，主要將聚丙烯腈纖維低溫碳化來制備碳導(dǎo)電纖維用于產(chǎn)業(yè)用紡織品上［32］。

3 導(dǎo)電纖維在紡織品中的應(yīng)用

3.1 抗靜電功能

織物的靜電現(xiàn)象是指纖維表面的靜電荷由于不能及時(shí)泄漏掉而產(chǎn)生的靜電荷積聚現(xiàn)象。在紡織品的生產(chǎn)加工過程及使用中，靜電現(xiàn)象表現(xiàn)得尤其明顯。為了減少靜電現(xiàn)象給人類生產(chǎn)活動(dòng)帶來的不便，研究人員們將眼光重點(diǎn)投入到了導(dǎo)電纖維的研究中［33］。現(xiàn)已生產(chǎn)出的導(dǎo)電纖維，從整體上來講，生產(chǎn)工藝主要有兩類：一類是普通合成纖維表面或者內(nèi)部引入親水性基團(tuán)，從而使得它在特定的環(huán)境濕度溫度下，擁有日常生產(chǎn)生活中所需的抗靜電性；還可以對(duì)纖維進(jìn)行接枝改性，或與親水性纖維進(jìn)行混紡、交織，從而使纖維的導(dǎo)電性得到改善［34］。另一類是直接將導(dǎo)電長(zhǎng)絲嵌入普通合成纖維中，或?qū)?dǎo)電短纖維與普通纖維混紡，使制得的織物獲得導(dǎo)電性。這兩類抗靜電纖維的作用原理不同，前者采用一種化學(xué)改性的方式，通過提高纖維的回潮率來增加導(dǎo)電性。這是由于水的導(dǎo)電性很強(qiáng)，通過吸收微量的水，可以改善物質(zhì)的導(dǎo)電性，還可以給電荷提供一個(gè)傳遞媒介，促使離子朝著相反的電極運(yùn)動(dòng)，從而使得大部分的靜電泄漏該原理是“漏電”效應(yīng)，但材料的靜電性會(huì)隨濕度的下降而降低。而后者則是通過電磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生自身電暈放電，從而使纖維附近的空氣被電離，產(chǎn)生正、負(fù)離子?？諝庵械恼ㄘ?fù)）電荷與織物表面的負(fù)（正）電荷相互抵消，從而消除了靜電［35］。

為了探討有機(jī)導(dǎo)電性短纖維對(duì)織物的抗靜電性的影響，伏廣偉等［36］以聚酯纖維和棉為原料，利用不同的紡紗方式，將不同比例的有機(jī)導(dǎo)電性短纖維與其混紡，并對(duì)織物的導(dǎo)電性進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)。該研究表明，當(dāng)導(dǎo)電性纖維用量相同時(shí)，環(huán)錠紗比轉(zhuǎn)杯紗導(dǎo)電性好；當(dāng)有機(jī)導(dǎo)電纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%左右的時(shí)候，織物的比表面積電阻會(huì)下降到107～109 Ω/cm 這樣就能夠達(dá)到抗靜電的需求，如果再提高它的含量，不但會(huì)增加成本，還會(huì)影響到織物的服用性能。南燕等［37］通過分析不同類型導(dǎo)電非金屬?gòu)?fù)合纖維的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，設(shè)計(jì)開發(fā)了滌綸導(dǎo)電織物，最終織物的初始面密度和洗滌50次的電荷密度都小于10 μc/m2， 明顯低于基礎(chǔ)織物的電荷密度。林燕燕等［38］用嵌織法將導(dǎo)電性碳黑尼龍長(zhǎng)絲復(fù)合，制成了滌綸抗靜電織物并探討了導(dǎo)電長(zhǎng)絲含量、結(jié)構(gòu)、種類和嵌入形式等因素對(duì)纖維的抗靜電性的影響。該研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)纖維中導(dǎo)電纖維的含量增加時(shí)，纖維的抗靜電性也會(huì)隨之增加，但增加到一定程度后，抗靜電性的變化不再明顯，增加幅度十分微??；在不同的織物結(jié)構(gòu)中，緞紋織物的抗靜電性能最好；拉伸變形絲（DTY）型導(dǎo)電復(fù)合絲織物比全拉伸絲（FDY）型具有更好的抗靜電性；經(jīng)緯雙向嵌入導(dǎo)電纖維，其織物抗靜電性優(yōu)于僅單向嵌入導(dǎo)電纖維的織物。Xu等［39］將磺化碳納米管（SCNT）摻入有機(jī)抗靜電劑（OAA）中制成混合抗靜電劑，并將其涂在纖維表面以構(gòu)建皮芯導(dǎo)電纖維，制備方法如圖3所示。由于磺酸基團(tuán)的存在，SCNTs具有良好的分散性，繼而使SCNTs均勻地分散在纖維表面。當(dāng)SCNTs/OAA的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.0%時(shí)，纖維具有優(yōu)異的抗靜電能力。

3.2 抗輻射與電磁屏蔽特性

“電磁污染”是一種由電磁輻射引起的有害人體健康的現(xiàn)象，一般是指：當(dāng)電磁輻射的能量超出了人類或者周圍的環(huán)境所能承受的極限時(shí)，它會(huì)對(duì)人類和環(huán)境造成傷害及污染，進(jìn)而影響人類及環(huán)境動(dòng)植物的健康。隨著人類生活條件的逐步改善，電子產(chǎn)品在生活中無處不見。從微波爐到電磁爐，從手機(jī)到筆記本電腦，甚至是目前大力發(fā)展的新能源汽車。電磁污染在人類生活中無處不在極為常見［40］。在多種電磁屏蔽防護(hù)材料中，其中一種就是用導(dǎo)電纖維做成的電磁屏蔽紡織品。該種由導(dǎo)電纖維制成的電磁屏蔽織物在受到外界電磁波作用時(shí)，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流同時(shí)形成與外部磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)，與外部磁場(chǎng)相互抵消，進(jìn)而達(dá)到紡織品電磁屏蔽效果。Xiong等［41］首先采用濕法紡絲技術(shù)制備了大量的MXene短纖維，后采用一種綠色和新穎的濕法組裝方法，將MXene短纖維組裝成非織造MXene纖維織物（MFF）。所制備的織物多孔且重量輕，同時(shí)表現(xiàn)出708 S/cm的高導(dǎo)電性。此外，MFF在107 μm的厚度下表現(xiàn)出75.0 dB的出色電磁（EMI）屏蔽效果、出色的焦耳加熱能力（在3.5 V電壓下高達(dá)370 °C）和出色的光熱轉(zhuǎn)換能力，在EMI屏蔽、可穿戴智能服裝和多功能織物中顯示出巨大的潛力。Wang等［42］將聚吡咯改性Ti3C2Tx沉積到聚對(duì)苯二甲酸乙二酯織物的表面，制備了既有良好透氣性又有優(yōu)異電磁屏蔽性且防水的織物。該織物的電導(dǎo)率高達(dá)1000 S/m，當(dāng)織物厚度為1.3 mm時(shí)，電磁屏蔽效能值高達(dá)90 dB。高導(dǎo)電性過渡金屬碳/氮化物（MXene）納米片同時(shí)具有很高的電磁波吸收和內(nèi)外部抵消作用，相比于傳統(tǒng)碳納米材料更適于制備電磁屏蔽織物。Liu等［43］通過同軸濕法紡絲方法，以導(dǎo)電MXene為核層，芳綸納米纖維（ANF）為殼層，制備出超韌、高強(qiáng)、高導(dǎo)電和環(huán)境穩(wěn)定性好的ANF@MXene核殼纖維。高度取向的ANF@MXene核殼纖維解決了MXene纖維的導(dǎo)電性能和高力學(xué)性能不能兼得的難題，兼顧了高導(dǎo)電、超韌性、高拉伸強(qiáng)度和環(huán)境穩(wěn)定性。

3.3 纖維基柔性傳感器

相比于近年來出現(xiàn)的平面型柔性傳感器，纖維基柔性傳感器不僅具有質(zhì)輕、柔韌性好、透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，而且纖維狀的器件結(jié)構(gòu)便于與織物結(jié)合，展現(xiàn)出優(yōu)異的透氣性和舒適度，在可穿戴健康監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)識(shí)別等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在天然纖維、合成纖維、超強(qiáng)合成纖維三大類纖維的基礎(chǔ)上，研究人員開發(fā)出了多種纖維基柔性傳感器。

3.3.1 天然纖維基柔性傳感器

在天然纖維中，棉紗的應(yīng)用較為廣泛。Qi等［44］以棉紗為纖維基底，采用靜電紡絲技術(shù)將碳納米管（CNT）嵌入到聚氨酯（PU）納米纖維中，通過與鎳涂覆面紗復(fù)合構(gòu)成壓阻傳感單元，再利用編織技術(shù)構(gòu)建出一個(gè)三維的、有彈性的、多孔的、可用來監(jiān)測(cè)二維空間中壓力分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖4（a）所示。不同的CNT添加質(zhì)量時(shí)傳感器電阻R隨壓力變化示意如圖4（b）所示，CNT濃度越大對(duì)傳感器電阻變化影響越明顯， 且相對(duì)電阻隨著施加壓力的增大而呈現(xiàn)指數(shù)型下降。在0.001～1 N范圍內(nèi)該傳感器具有極靈敏的電阻響應(yīng)。Xu等［45］基于還原氧化石墨烯（rGO）復(fù)合羊毛纖維制備出了一種柔性壓阻式傳感器，如圖5所示，該傳感器能夠在潮濕環(huán)境下正常傳感，并能與其他紡織品無縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體細(xì)微運(yùn)動(dòng)（如呼吸、手勢(shì)等）的精確探測(cè)。

3.3.2 合成纖維基柔性傳感器

除了用天然纖維作為基體來制備柔性傳感器，研究人員還開發(fā)了合成纖維基柔性傳感器。合成纖維是化學(xué)纖維的一種，是用合成高分子化合物做原料而制得的化學(xué)纖維的統(tǒng)稱，主要包括滌綸、錦綸、腈綸、維綸、丙綸及氯綸纖維。與天然纖維相比，合成纖維具有彈性好和耐磨性高等優(yōu)點(diǎn)，用其制成的傳感器使用壽命長(zhǎng)、傳感靈敏度高。接下來將對(duì)兩種合成纖維基柔性傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

a）聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維（PET）基傳感器。PET纖維又稱滌綸纖維，不僅耐熱性優(yōu)良，且是目前世界上產(chǎn)量最高的合成纖維。Zhang等［46］設(shè)計(jì)了一種紡織壓電式傳感器，其所用導(dǎo)電纖維制造過程如圖6（a）所示。此導(dǎo)電復(fù)合纖維以PET纖維作為基材，在其外面覆蓋一層碳納米管聚合物導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，最外層包裹聚吡咯-聚多巴胺-全氟十二烷基三乙氧基硅烷（PPy-PDA-PFDS）聚合物層。最終制成的新型傳感器對(duì)油水兩種環(huán)境均有極強(qiáng)的排斥性，可在劇烈的擦洗或脫膠后快速恢復(fù)，可應(yīng)用于長(zhǎng)期、持續(xù)的人體行為監(jiān)測(cè)，以及在潮濕和汗?jié)癍h(huán)境中的人機(jī)交互及機(jī)器人學(xué)習(xí)等。

b）聚氨酯（PU）纖維基傳感器。PU纖維又稱氨綸纖維，具有優(yōu)良的化學(xué)和力學(xué)性能；然而，由于其吸濕性能差、強(qiáng)度和耐熱性差，多與其他織物混紡，一般不單獨(dú)使用。Li等［47］通過浸涂法，將柔性熱塑性聚氨酯（TPU）無紡布用導(dǎo)電MXene/纖維素納米晶體包覆起來，再用預(yù)處理好的TPU布制得壓阻式傳感器。該傳感器可以應(yīng)用于人體的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和生理信號(hào)的采集。Liu等［48］首先是在TPU無紡布上覆蓋一層纖維素納米晶體（CNC）/石墨烯涂層，制備壓阻式觸覺傳感器，并浸涂一層疏水性氣相二氧化硅（Hf-SiO2）/乙醇分散體，制造過程如圖6（b）所示。該傳感器具有優(yōu)異的防水性、耐腐蝕性和自清潔性，能滿足人們的日常需求。

3.3.3 超強(qiáng)合成纖維基柔性觸覺傳感器

超強(qiáng)合成纖維具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，但是其制造過程復(fù)雜，價(jià)格昂貴，到現(xiàn)在為止在柔性傳感器的研究中的應(yīng)用還不多［49］。

凱夫拉纖維（Kevlar）因其超高模量和優(yōu)異的力學(xué)性能，從20世紀(jì)60年代起就被廣泛應(yīng)用于防彈領(lǐng)域。Liu等［50］在碳納米管和Kevlar的基礎(chǔ)上，制備了耐磨織物壓阻式傳感器，復(fù)合纖維制備過程如圖7（a）所示，該傳感器對(duì)動(dòng)力沖擊具有較強(qiáng)的耐受性（最高可達(dá)到1232 N），能夠探測(cè)到不同的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)。如圖7（b）所示，在不同的手指和手肘彎曲角度時(shí)該傳感器具有較高的檢測(cè)靈敏度。Deka等［51］通過激光刻蝕法制備了氧化鋅/碳纖維傳感電極，并將其與凱夫拉纖維復(fù)合，研制出了一種新型的壓阻傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類裝備的精密運(yùn)動(dòng)操控。

玻璃纖維具有良好的抗腐蝕、阻燃和絕緣性能，但脆性大，耐磨性能差。Ma等［52］研發(fā)了一種由玻璃纖維、石墨烯涂層和聚合物基體組成的壓阻式觸覺傳感器，該傳感器具有層-纖維-層復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以檢測(cè)手指關(guān)節(jié)的活動(dòng)。Fu等［53］將石墨烯涂覆在玻璃纖維織物上，再通過和硅復(fù)合制備出壓阻式觸覺傳感器，其具有很高的拉伸強(qiáng)度，能抵抗800 N以上的外力，最常用于檢測(cè)腕部運(yùn)動(dòng)。然而玻璃纖維較脆，容易產(chǎn)生碎屑，對(duì)人體十分不友好，在人體運(yùn)動(dòng)傳感領(lǐng)域的前景較小。

4 結(jié)論與展望

導(dǎo)電纖維作為一種新興的功能性纖維，在傳統(tǒng)紡織、產(chǎn)業(yè)用紡織、汽車工業(yè)及電子產(chǎn)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)出其卓越的價(jià)值和良好前景。尤其在紡織行

業(yè)中，通過不同的方法使一些常見的纖維帶電，從而可以將傳統(tǒng)紡織品升級(jí)為智能可穿戴設(shè)備，滿足人們?cè)S多生活場(chǎng)景的需求。利用導(dǎo)電纖維開發(fā)抗靜電和電磁屏蔽織物的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，為解決人類在生產(chǎn)生活中的靜電現(xiàn)象起到了極大的作用。導(dǎo)電

纖維基傳感器等智能穿戴設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展也極大地提升了人們的生活水平，給人們的生活帶來了極大的便利。但是目前，關(guān)于導(dǎo)電纖維仍然存在以下兩個(gè)問題需要進(jìn)一步研究和解決：

a）在制備工藝方面：常見的制備導(dǎo)電纖維的方法有拉伸法、復(fù)合或共混紡絲法、鍍覆導(dǎo)電層法等，但是用這些工藝生產(chǎn)出來的導(dǎo)電纖維也有許多缺陷，例如，雖然制備共混型導(dǎo)電纖維的工藝已經(jīng)非常成熟，但是由于這類導(dǎo)電纖維電導(dǎo)率較低，所以到目前為止僅被廣泛應(yīng)用于防靜電織物，應(yīng)用范圍受限，如何提升共混型導(dǎo)電纖維的電導(dǎo)率是目前需要解決的問題之一。鍍覆型導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電性較好，在防輻射面料和服裝方面有著廣闊的應(yīng)用前景，但是其化學(xué)穩(wěn)定性較差，如何在不改變其優(yōu)良電導(dǎo)率的基礎(chǔ)上，開發(fā)出化學(xué)穩(wěn)定性更好的導(dǎo)電纖維，目前還需要進(jìn)一步研究。迄今，許多先進(jìn)的方法如靜電紡絲法、微控流紡絲法等紡絲方法的出現(xiàn)可以很好地平衡導(dǎo)電纖維電導(dǎo)率和性能穩(wěn)定性之間的關(guān)系，但是這兩種方法也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。雖然靜電紡絲法制備導(dǎo)電纖維生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單、易操作，但是產(chǎn)量低，不能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)；微控流紡絲在傳統(tǒng)濕法紡絲快速成型的基礎(chǔ)上，結(jié)合微流體技術(shù)的層流效應(yīng)，可以制備出微米級(jí)的纖維，其生產(chǎn)過程安全節(jié)能、操作簡(jiǎn)單，但是生產(chǎn)成本高昂，也暫不適合大規(guī)模生產(chǎn)。綜上所述，如何生產(chǎn)出制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、性能優(yōu)異且能大規(guī)模生產(chǎn)的導(dǎo)電纖維還需研究人員進(jìn)一步研究。

b）在導(dǎo)電材料方面：導(dǎo)電材料由傳統(tǒng)的導(dǎo)電炭黑向碳納米管（CNTs）、石墨烯納米片（GNPs）、MXene方向發(fā)展，金屬導(dǎo)電材料也由銅、不銹鋼向銅納米線、銀納米線的微納化方向發(fā)展。特別是復(fù)合導(dǎo)電材料的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提升導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，從而擴(kuò)大導(dǎo)電纖維的應(yīng)用范圍。從單一應(yīng)用于防靜電領(lǐng)域的傳統(tǒng)導(dǎo)電纖維開始向差別化、功能化方向發(fā)展。隨著智能可穿戴、超級(jí)電容器的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們對(duì)導(dǎo)電纖維提出了更高的期望和要求，不僅要求導(dǎo)電纖維有更高的電導(dǎo)率，而且在纖維的強(qiáng)度、細(xì)度和化學(xué)穩(wěn)定性等方面都提出了更高的要求。如何兼顧這些要求并開發(fā)出功能性更優(yōu)異、更多樣的產(chǎn)品是亟待研究的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］邢聲遠(yuǎn).纖維辭典［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：32.

XING Shengyuan. Fiber Dictionary［M］. Beijing： Chemical Industry Press， 2007： 32.

［2］SHAO G W， YU R， ZHANG X， et al. Making stretchable hybrid supercapacitors by knitting non-stretchable metal fibers［J］. Advanced Functional Materials， 2020， 30（35）： 2003153.

［3］陳東，周秀玲.不銹鋼纖維牽切工藝的研究［J］.棉紡織技術(shù)，2008，36（7）：16-19.

CHEN Dong， ZHOU Xiuling. Study on draft-cutting processing of stainless steel fiber［J］. Cotton Textile Technology， 2008， 36（7）： 16-19.

［4］SCHMIDT E，HASAN M M B， ABDKADER A， et al.Development of a process chain for the production of high-performance 100% metal spun yarns based on planed metal staple fibers［J］. SN Applied Sciences， 2020， 2（8）： 1-17.

［5］田明偉，張高晶，曲麗君，等.導(dǎo)電纖維及其傳感器在可穿戴智能紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào)，2021，3（3）：51-59.

TIAN Mingwei， ZHANG Gaojing， QU Lijun， et al. The application of conductive fibers and its flexible sensors in wearable intelligent textiles field［J］. Basic Sciences Journal of Textile Universities， 2021， 34（3）： 51-59.

［6］翟婭茹，沈蘭萍.導(dǎo)電紡織品的研究現(xiàn)狀及展望［J］.棉紡織技術(shù)，2019，47（2）：81-84.

ZHAI Yaru， SHEN Lanping. Research status and prospect of conductive textiles［J］.Cotton Textile Technology， 2019， 47（2）： 81-84.

［7］趙菊梅，周彬.防靜電纖維及其應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.紡織科技進(jìn)展，2009（5）：38-39.

ZHAO Jumei， ZHOU Bin. Anti-static fiber and its appli-cation status［J］. Progress in Textile Science & Technology， 2009（5）： 38-39.

［8］陳愛華，王海僑，趙彬，等.Fe3O4/聚吡咯復(fù)合材料的制備及表征［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2004，21（2）：157-160.

CHEN Aihua， WANG Haiqiao， ZHAO Bin， et al. Preparation and characterization of Fe3O4/polypyrrole（PPy） composites［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2004， 21（2）： 157-160.

［9］舒昕，李兆祥，夏江濱.聚噻吩的合成方法［J］.化學(xué)進(jìn)展，2015，27（4）：385-394.

SHU Xin， LI Zhaoxiang， XIA Jiangbin. Method for synthe-sizing polythiophene［J］. Progress In Chemistry， 2015， 27（4）： 385-394.

［10］張悅，汪廣進(jìn)，潘牧.基于碳紙電極電化學(xué)快速合成聚苯胺納米纖維［J］.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2014，35（10）：2234-2238.

ZHANGYue， WANG Guangjin， PAN Mu. Fast electro-polymerization of polyaniline nanofibers on carbon paper［J］. Chemical Journal of Chinese Universities， 2014， 35（10）： 2234-2238.

［11］費(fèi)洋，金磊，宋宏偉，等.聚苯胺電極的電導(dǎo)率［J］.功能高分子學(xué)報(bào)，2016，29（2）：213-219.

FEI Yang， JIN Lei， SONG Hongwei， et al. Electric conductivity of polyaniline electrode［J］. Journal of Founctional Polymers， 2016， 29（2）： 213-219.

［12］李瑤，陳婷婷，楊旭東.紡織用導(dǎo)電纖維及其應(yīng)用［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2010，28（4）：32-35.

LI Yao， CHEN Tingting， YANG Xudong.Conductive fibers for textile and its applications［J］.Technical Textiles， 2010， 28（4）： 32-35.

［13］GREGORY R V， KIMBRELL W C，KUHN H H. Conductive textiles［J］. Synthetic Metals， 1989， 28（1/2）： 823-835.

［14］FOITZIK R C， KAYNAK A， PFEFFER F M.Application of soluble poly （3-alkylpyrole）polymers on textiles［J］. Synthetic Metals， 2006， 156（7）： 637-642.

［15］TANG B， SUN L， KAUR J， et al. In-situ synthesis of gold nanoparticles for multifunctionalization of silk fabrics［J］. Dyes and Pigments， 2014， 103： 183-190.

［16］WANG J F， HUANG S， LU X， et al. Wet-spinning of highly conductive nanocellulose-silver fibers［J］. Journal of Materials Chemistry C， 2017， 5（37）， 9673-9679.

［17］ZHOU S Y， KONG X Y， ZHENG B， et al. Cellulose nanofiber @conductive metal-organic frameworks for high-performance flexible supercapacitors［J］. ACS Nano， 2019， 13（8）： 9578-9586.

［18］ZHANG H Y， JI H， CHEN J Y， et al. A multi-scale MXene coating method for preparing washable conductive cotton yarn and fabric［J］. Industrial Crops and Products， 2022， 188： 115653.

［19］SHIRVAN A R， NOURI A， SUTTI A. A perspective on the wet spinning process and its advancements in biomedical sciences［J］. European Polymer Journal， 2022，181：111681.

［20］朱詩(shī)倩，談伊妮，劉曉剛.柔性復(fù)合導(dǎo)電纖維在智能紡織品中的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2022，30（4）：1-11.

ZHU Shiqian， TAN Yini， LIU Xiaogang. Research progress of flexible composite conductive fiber in smart textiles［J］.Advanced Textile Technology， 2022， 30（4）：1-11.

［21］薛超，朱浩，楊曉川，等.聚氨酯基碳納米管-液態(tài)金屬導(dǎo)電纖維的制備及其性能［J］.紡織學(xué)報(bào)，2022，43（7）：29-35.

XUE Chao， ZHU Chao. YANG Xiaochuan， et al.Preparation and properties of polyurethane-based carbon nanotube/liquid metal conductive fibers［J］.Journal of Textile Research， 2022， 43（7）： 29-35.

［22］陳子陽(yáng)，潘志娟.微流控紡絲及其在生物質(zhì)纖維開發(fā)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù)，2019，34（4）：33-37.

CHEN Ziyang， PAN Zhijuan. Microfluidic spinning and its application in the development of biomass fibers［J］. Modern Silk Science & Technology， 2019， 34（4）： 33-37.

［23］SRIVASTAVA Y， MARQUEZ M， THORSEN T. Multijet electrospinning of conducting nanofibers from microfluidic manifolds［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2007， 106（5）： 3171-3178.

［24］YOON K， KIM K， WANG X F， et al. High flux ultrafiltration membranes based on electrospun nanofibrous PAN scaffolds and chitosan coating［J］. Polymer， 2006， 47（7）： 2434-2441.

［25］ZHOU T， NIU Y T， LI Z， et al. The synergetic relation-ship between the length and orientation of carbon nanotubes in direct spinning of high-strength carbon nanotube fibers［J］. Materials & Design， 2021， 203： 109557.

［26］HOU P X， ZHANG F， ZHANG L L， et al， Synthesis of carbon nanotubes by floating catalyst chemical vapor deposition and their applications （adv. funct. mater. 11/2022）［J］. Advanced Functional Materials， 2022， 32（11）： 2270066.

［27］CHO H， TABATA I， HISADA K， et al. Characterization of copper-plated conductive fibers after pretreatment with supercritical carbon dioxide and surface modification using Lyocell fiber［J］. Textile Research Journal， 2013， 83（8）： 780-793.

［28］鄭少明，賴祥輝，林本術(shù).導(dǎo)電纖維的發(fā)展與應(yīng)用［J］.中國(guó)纖檢，2016（9）：143-144.

ZHENG Shaoming， LAI Xianghui， LIN Benshu.Develop-ment and application of conductive fibers［J］.China Fiber Inspection， 2016（9）： 143-144.

［29］范潔.聚苯胺接枝共聚改性聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電材料的制備、微觀形貌及性能［D］.西安：陜西科技大學(xué)，2016：43-67.

FAN Jie. Preparation、Micromorphology and Properties of Polyaniline Graft Copolymerization Modified Polyvinyl Alcohol Conductive Composites［D］. Xi'an：Shanxi University of Science and Technology， 2016： 43-67.

［30］韓朝鋒，黃真，莊昌明，等.導(dǎo)電纖維的專利技術(shù)分布［J］.科技信息，2017（4）：168-169.

HAN Chaofeng， HUANG Zhen， ZHUANG Changming， et al. Patented technology distribution of conductive fibers［J］. Science & Technology Information， 2017（4）： 168-169.

［31］林東，官建國(guó).金屬纖維陣列的制備技術(shù)［J］.材料科學(xué)與工藝，2008，16（3）：392-396.

LIN Dong， GUAN Jianguo. Preparation techniques of metal fibers arrays［J］. Materials Science & Technology， 2008， 16（3）： 392-396.

［32］劉旭華，苗錦雷，曲麗君，等.用于可穿戴智能紡織品的復(fù)合導(dǎo)電纖維研究進(jìn)展［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2021，38（1）：67-83.

LIU Xuhua， MIAO Jinlei， QU Lijun， et al. Research progress of composite conductive fiber in wearable intelligent textiles［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2021， 38（1）： 67-83.

［33］MARION J S， GUPTA N， CHEUNG H， et al. Thermally drawn highly conductive fibers with controlled elasticity［J］. Advanced Materials， 2022， 34（19）： 2201081.

［34］董俊霞，楊志捧.抗靜電織物的設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.棉紡織技術(shù)，2007，35（5）：57-59.

DONG Junxia， YANG Zhipeng. Design and development of antistatic fabric［J］. Cotton Textile Technology， 2007， 35（5）： 57-59.

［35］梁列峰，趙曉，李奇菊.抗靜電纖維和織物的成型原理及制備技術(shù)［J］.纖維素科學(xué)與技術(shù)，2006，14（2）：65-70.

LIANG Liefeng， ZHAO Xiao， LI Qiju.Principle and preparation technique of antistatic fiber and textile［J］. Journal of Cellulose Science and Technology， 2006， 14（2）： 65-70.

［36］伏廣偉，王瑞，倪玉婷.有機(jī)導(dǎo)電短纖維混紡紗的導(dǎo)電和抗靜電性能［J］.紡織學(xué)報(bào)，2009，30（6）：34-38.

FU Guangwei， WANG Rui， NI Yuting.Conductive and antistatic property of yarns blended with organic conductive staple fibers［J］.Journal of Textile Research， 2009， 30（6）： 34-38.

［37］南燕，張燕，施楣梧.用非金屬導(dǎo)電纖維開發(fā)純滌綸抗靜電織物［J］.紡織學(xué)報(bào)，2001，22（2）：4-6，9.

NAN Yan， ZHANG Yan， SHI Meiwu.The development of polyster antistatic fabric by non-metal conductive fiber［J］. Journal of Textile Research， 2001， 22（2）： 4-6，9.

［38］林燕燕，陳玉香，張蓮蓮，等.嵌織式滌綸抗靜電織物設(shè)計(jì)與性能分析［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2018，26（6）：43-46.

LIN Yanyan， CHEN Yuxiang， ZHANG Lianlian，et al.Design and performance analysis of mosaic polyester antistatic fabric［J］.Advanced Textile Technology， 2018， 26（6）： 43-46.

［39］XU C C， FANG L， YU M M， et al. Enhancing anti-static performance of fibers by construction of the hybrid conductive network structure on the fiber surface［J］.Polymers， 2021， 13（14）： 2248.

［40］MISHRA M， SINGH A P， DHAWAN S K.Expanded graphite-nanoferrite-fly ash composites for shielding of electromagnetic pollution［J］. Journal of Alloys and Compounds， 2013， 557： 244-251.

［41］XIONG J H， ZHANG H W， DING R J， et al. Multi-functional non-woven fabrics based on interfused MXene fibers［J］. Materials & Design， 2022， 223： 111207.

［42］WANG Q W， ZHANG H B， LIU J， et al. Multifunctional and water-resistant MXene-decorated polyester textiles with outstanding electromagnetic interference shielding and joule heating performances［J］. Advanced Functional Materials， 2019， 29（7）： 1806819.

［43］LIU L X， CHEN W， ZHANG H B， et al.Super-tough and environmentally stable aramid. Nanofiber@MXene coaxial fibers with outstanding electromagnetic interference shielding efficiency［J］. Nano-Micro Letters， 2022， 14（1）： 111.

［44］QI K， WANG H B， YOU X L， et al. Core-sheath nanofiber yarn for textile pressure sensor with high pressure sensitivity and spatial tactile acuity［J］. Journal of Colloid and Interface Science， 2020， 561： 93-103.

［45］XU L L， LIU Z K， ZHAI H， et al. Moisture-resilient graphene-dyed wool fabric for strain sensing［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2020， 12（11）： 13265-13274.

［46］ZHANG L， HE J， LIAO Y S， et al. A self-protective， reproducible textile sensor with high performance towards human-machine interactions［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2019， 7（46）： 26631-26640.

［47］LI Q M， YIN R， ZHANG D B， et al. Flexible conductive MXene/cellulose nanocrystal coated nonwoven fabrics for tunable wearable strain/pressure sensors［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2020， 8（40）： 21131-21141.

［48］LIU H， LI Q M， BU Y B， et al. Stretchable conductive nonwoven fabrics with self-cleaning capability for tunable wearable strain sensor［J］. Nano Energy， 2019， 66： 104143.

［49］HAN S T， PENG H Y， SUN Q J， et al. An overview of the development of flexible sensors［J］. Advanced Materials， 29（33）： 1700375.

［50］LIU M， ZHANG S S， LIU S， et al.CNT/STF/Kevlar-based wearable electronic textile with excellent anti-impact and sensing performance［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2019， 126： 105612.

［51］DEKA B K， HAZARIKA A， KIM J， et al. Fabrication of the piezoresistive sensor using the continuous laser-induced nanostructure growth for structural health monitoring［J］. Carbon， 2019， 152： 376-387.

［52］MA Q， HAO B， MA P C. Modulating the sensitivity of a flexible sensor using conductive glass fiber with a controlled structure profile［J］. Composites Communications， 2020， 20： 100367.

［53］FU Y F， LI YQ， LIU Y F， et al. High-performance structural flexible strain sensors based on graphene-coated glass fabric/silicone composite［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2018， 10（41）： 35503-35509.

Application progress of conductive fibers in the applicationofnew textiles

XIE Jinlin1， ZHANG Jing1，GUO Yuxing2， ZHAO Zhihui2， QIU Hua1， GU Peng1，2

Abstract： With the development of new science and technology， textiles are not limited to the applications of warm-keeping and beauty. Extra functions such as sensing and indicating are the new trend of the 21st century and the concept of e-textiles and smart textiles emerges as the times require. Thus， conductive fibers have attracted extraordinary attention with the upsurge of interest in flexible and wearable health monitoring systems， energy storage devices and noninvasive human-machine interfaces. In the meantime， conductive fibers also show excellent antistatic and shielding electromagnetic radiation properties， which made conductive fibers the excellent candidate for wearable textile devices and industrial textile products.

In the 1960s， people began to develop conductive fibers for antistatic purpose， and different types of conductive fibers were gradually developed. So far， conductive fibers can be divided into three main types. The first type is fibers made by inorganic materials such as metals and carbon， but these fibers exhibit poor wearability and conductive instability. The second type is polymer fibers such as PPy and PANI， which show a good conductivity up to 103 S/cm. However， the preparation process of fiber formation is quite complex because of the high toxic monomer， high molecular weight and oxidation. The third type is composite conductive fibers made through coating or blending fabric technology. By blending or coating conductive polymers， metals or other conductive materials （such as MXene and Graphene）， the composite fibers can always inherit the benefits from both conventional fibers and conductive materials.

Currently， the major researches of conductive fibers are focused on textile technology and materials science. Although there are some review articles on the similar topics， it is necessary to summarize the recent development of conductive fibers in the application of next generation textile products.In this study， we present a review of the classification and preparation techniques of conductive fibers， as well as the application and development of antistatic， electromagnetic shielding and flexible sensors in detail. Future perspective is given in the end， which could shed light in the conductive fiber research and industry， especially in the area of smart wearable devices.

Keywords： conductive fiber; flexible fiber; antistatic;electromagnetic shielding; smart wearable devices

收稿日期：20230310 網(wǎng)絡(luò)出版日期：20230608

基金項(xiàng)目：江蘇省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（BY20221191）；江西省揭榜掛帥重大項(xiàng)目（20213AAE02017）

作者簡(jiǎn)介：謝金林（2000—），女，湖北荊門人，碩士研究生，主要從事導(dǎo)電材料與智能穿戴方面的研究。

通信作者：顧鵬，E-mail： peng.gu@jiangnan.edu.cn