智能纺织品具有感知、响应和反馈等三大要素,是未来纺织服装的发展方向,也是各国军方追求的目标。本文分析了目前典型的几类智能纺织品的技术现状和特点,并探讨了其在军用装备上应用的可能性。
1概述
智能材料是模仿生命系统、具有感知和驱动双重功能、对使用环境敏感且能对环境变化做出响应的材料,其显著特点是将高技术的传感器和执行元件与传统材料结合在一起,赋予材料以新的性能,使无生命的材料具有越来越多生物所特有的属性。感知、反馈、响应是其三大要素。智能纺织品是其中的一个重要分支,同时具有感知、反馈、响应的特性以及纺织品柔软可穿用的特点。
能够感知外界环境变化、并根据外界环境变化判断作出应对措施、然后进行相应的结构或性能调整来适应外界环境的智能纺织品,一直以来都是各国军方梦寐以求的。例如,能够随着环境颜色变化而调整自身颜色的“变色龙”迷彩纺织品,能够自动调节温度来适应环境温度变化的纺织品,能够远程探测士兵生理参数、受伤部位及程度并进行调节和治疗的电子信息纺织品,能够在可见光波段实现隐身的高级智慧型功能纺织品等等,无一不是各国军方追求的目标。
根据目前已有的报道和研究,典型的智能纺织品主要有以下几大类:电子信息智能纺织品、变色纺织品、相变材料和智能调温纺织品、形状记忆高分子及纺织品、基于水凝胶的智能纺织品和基于人工周期性结构的隐身纺织材料。本文结合这几类智能纺织品的特点以及军用纺织品的应用要求等,就其研发现状及其在军用装备方面的应用进行了探讨。
2典型的智能纺织品及其在军用装备上的应用
2.1电子信息智能纺织品
微电子信息技术和纺织技术的完美结合,造就了电子信息智能纺织品。严格说来,该类纺织品表现为通过多种信息处理系统实现对多种信息的探测或处理,只是多个分系统的组合;是多功能的集合,还停留在功能材料的智慧水平,属于消极智能纺织品。比如可穿戴的计算机、用以检测人体生理指标的LifeShirt、用以探测弹伤位置的SmartShirt等。目前已商业化的部分电子信息智能服装如表1所示。
微电子元件和纺织品的结合有3种技术水平:(1)模块化技术:将电子元件作为纺织品的功能各自独立,比如Philips–Levi’s的ICD款式的夹克;(2)嵌入式技术:电子元件被接合到纺织品的某一部分织物中,比如附加在织物上通过导电纱线连接的电路板,基于织物的柔性传感器、整合电路等;(3)基于纤维的技术:部分或所有必须的电子元件及传感器直接由纤维和织物构成。
无论何种技术水平,电子信息智能纺织品的关键技术在于电子元件的微小型化及柔性化。其中,电子元件的微小型化属于电子技术范畴,而柔性化则大多需要通过纺织技术来达到。目前文献中报道研究的柔性化电子器件主要有织物传感器、织物电极、可传输信号的导电纤维或纱线、织物线路板、柔性显示器等,如图1所示。以上各种织物传感器类产品都是通过将导电物质涂敷于织物上或将导线织入织物等方式赋予织物导电性能来实现的。因此,研发并掌握具有传输信号功能的导电纤维和织物的关键技术是电子元件柔性化的根本。