开栏语：智能纺织品市场正逐渐成为全球经济增长的新引擎，市场调研公司ReportLinker预测，全球智能纺织品市场预计将从2021年的25.2亿美元增长到2026年的93亿美元，复合年增长率为28.7%。未来十年内，在物联网时代，智能纺织品很可能会与人工智能、人机界面和云技术一起改变人类生活。本刊特设智能纺织品新进展专栏，以期通过全面的介绍，让读者对智能纺织品有更深入的了解。

电子信息智能纺织品是将柔性微电子元件与纺织品结合，使传感器能够感知外界环境的变化，信息处理器对信息进行处理，并做出判断和发出指令，然后通过驱动器改变材料的初始状态，以适应外界环境的变化，从而实现自我诊断、自我调节、自我修复等功能。

图1 电子信息智能纺织品

导电纺织材料是电子信息智能纺织品的基础材料之一，主要用于电子信息智能纺织品的电极、电力及数据信号传输。导电纺织材料主要包括金属基、碳基（石墨烯、碳纳米管）和聚合物基（聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺）材料3大类，采用纺丝、纺纱、涂层（溅射、浸渍、印刷）、聚合等技术可以将导电材料附着在纺织材料表面或内部，从而得到导电纺织材料。金属纤维也是智能纺织品制备中常用的一种导电材料。利用溅射技术可以将金属薄膜沉积在纤维的表面，产生的薄膜均匀并且和织物结合牢固，织物在经过磁控溅射银处理后的导电性能达到聚合物基导电织物的15倍以上。印刷打印使大批量金属基/碳基导电织物的生产成为可能。传统的丝网印刷简便高效，可以自由设计导电图案；转移印花技术可以在织物表面印制透明的银纳米线层，得到不完全覆盖表面的导电网状结构，在具备良好导电性的基础上，织物更加美观；喷墨印刷是新兴的单一步骤的导体织物数字化制造过程，其使用的油墨比丝网印刷少，可以将选定图案区域内的纤维表面形成导电网络。

电子信息智能纺织品中柔性微电子元件与纺织品有不同的结合方式，主要采用的技术有模块化技术、嵌入式技术和纤维基技术。

模块化技术是将电子元件作为功能模块直接集成在纺织品上，如在织物上直接添加各种传感器，监测人体体温、心率等数据；嵌入式技术是将电子元件直接集成到织物的组件中，也就是在纤维/纱线/织物中植入传统硬质微电子元件及传感器，如通过导电纱线连接电路板、基于织物的柔性传感器、集成电路等；基于纤维的技术是在纤维内部构建电子功能，利用纤维或织物直接形成电子元件和传感器，如纺织柔性显示器、柔性压敏材料等。原则上，设计纤维电子器件的策略更灵活，可以集成更多的功能，但是有限的材料选择和需要精确控制纤维的位置和连接等困难阻碍了其进展。因此，将电子元件通过模块化技术集成到纺织品中是当前实现织物智能化的最优解。谷歌通过“Project Jacquard”项目致力于实现智能织物的模块化应用，目前已经和Levi's（李维斯）、Saint Laurent（圣罗兰）、Adidas（阿迪达斯）等多个品牌合作推出了面向不同消费者群体的多款智能产品。

图 2 谷歌×Saint Laurent Cit-E 智能背包

图 3 谷歌×Adidas GMR鞋垫

电子信息智能纺织品应用广泛（图4），是最具发展前景的智能纺织品品类之一。其可用于医疗和健康方面，如医用T恤可以监测穿戴者的体温、心跳、血压等数据，实现对医院患者的远程监控。当紧急情况发生时，医院可以通过衬衫上的定位系统寻找到患者。类似的，还有智能袜子、智能婴儿连衣裤等用于医疗目的的智能服装。在运动健身方面，电子信息智能纺织品可以监测用户的运动强度、能量消耗等运动参数，如心率监测文胸等。在军事方面，可以在作战制服中嵌入超微型传感器，用于识别士兵的受伤情况；智能降落伞则可以探测空气和地面状况，及时改变飞行方向和速度。此外，电子信息智能纺织品还可用于多媒体数字产品，如音乐夹克等。

图 4 电子信息智能纺织品在不同领域的应用

目前，电子信息智能纺织品虽然已有诸多研究，但其仍处于早期开发阶段，面临着诸多挑战。

由于大多数纺织电子设备都比较精致和脆弱，可洗性有限，因此其使用寿命很短。可靠性和可洗性成为电子智能纺织品行业目前面临的主要障碍。此外，目前商业化电子信息纺织品主要使用现成的传感器和电子设备，设备的粘附性差，在活动条件下很容易脱落，并且会造成运动阻碍。尤其是用于健康监测方面的智能电子纺织品，其益处的实现通常是以用户舒适度为代价，而解决这个问题则需要将功能与能够承受高变形/挠曲的服装无缝集成，变形/挠曲特性通常又取决于设备的粘附性，但由于传感器嵌入不良或将部件直接粘合在纺织品上，则限制了其可操作性。

先进电子纺织系统通常是通过电气连接多个纺织电子元件或将其嵌入纺织品中来实现，在这个过程中系统复杂性增加，复杂的布线、外部电路和对外部电源的依赖，可能导致需要面临复杂的连接和电气兼容性挑战。这主要是因为纤维材料高度卷曲，使其与平面对应物具有不同的电场，且电荷在导电纺织材料横向和轴向上的传输共存以及稳定界面的实现困难。为了解决这些问题，需要更好的加工精度和有效的布局设计。

从工业化的角度来看，有些纺织纤维电子设备的长度在应用中需要达到几米到几公里，比实验室水平的几厘米长几个数量级。尽管连续制造已经成为纤维器件规模化生产的一种很有前途的方法，但纺织服装所要求的纤维细度使得大规模一致生产器件具有挑战性，且随着纤维长度的增加，电阻也在不断增加，这就加剧了这种挑战。

总之，为了满足商业化需求，力学和电学稳定性、穿着舒适性、安全性和应用场景等实际考虑因素都会影响电子信息智能纺织品的商业成功。在新兴智能电子信息纺织品行业，许多公司的大部分收入都是在逐个项目的基础上创造的，咨询和研发往往比专注于特定产品更有利可图。据IDTechEx于2020发布的可穿戴技术展望报告，可穿戴电子产品市场的总价值为600多亿美元，但只有大约5亿美元来自电子信息智能纺织产品。目前，智能纺织品领域的研究正在推进，随着集成/印刷在纺织品中的电子元件和电路日益小型化，以创造更强大的电子设备与服装无缝集成的电子信息智能纺织品，有可能实现适应性、低成本、低重量和自我管理舒适性等目标，巩固其在可穿戴电子产品市场的渗透，市场收入可能会进一步增加。

（文章内容节选自《2024世界纺织行业趋势展望》中《智能纺织品新进展》一文，作者为孟粉叶、胡吉永、张勇，图4来源于文章，图1—图3本刊公众号添加，图片来源于网络）