来自西英格兰大学和新加坡国立大学的科学家在《Advanced Science》杂志上发表了一篇新论文，回顾了可穿戴电子纺织品的最新进展。

研究：Smart Electronic Textile-Based Wearable Supercapacitors. 图片来源：b.asia/Shutterstock.com

本文对几个重点研究领域和观点进行了全面探讨。因此，该研究为智能纺织品和材料科学研究的这一新兴领域做出了重要贡献。

材料科学、小型化、纳米技术和无线功能的最新进展加速了可穿戴电子纺织品的发展。这类先进的功能性材料已应用于医疗保健、环境监测、军事、运动服和安全仪器等领域。设备分为1D纤维/纱线设备和2D织物形状设备。据报道，3D形状的设备数量有限。

该领域专注于开发与人体皮肤接触的集成智能系统，并可能与肌肉，神经和韧带等生物元素进一步集成。然而，有一些关键挑战阻碍了可穿戴电子纺织品的全面商业化，研究人员必须克服这些挑战。

可穿戴电子纺织品需要可靠和高效的电源，就像任何其他电子设备一样。然而，柔性器件具有传统笨重且不灵活的电化学储能系统（如电池）无法满足的特殊要求。因此，这有助于开发新颖灵活舒适的储能系统，从而保持其效率和稳定性。

理想的储能设备应同时具有高能量和功率密度。对于可穿戴应用，这些组件还应具有超强的灵活性，并且重量轻，耐用，舒适且使用安全。

电化学储能系统的类型包括电池、超级电容器和燃料电池。近年来，赝性电容器、双电层电容器、混合电容器和锂离子电池已被研究用于可穿戴应用。采用各种技术来评估组件的电化学性能，例如循环伏安法和电化学阻抗谱。

论文中重点介绍了几种适合可穿戴电子纺织品的材料。纺织品被用作超级电容器等组件的基材，并且在棉花，羊毛和丝绸等研究中已经探索了几种天然纤维。还对聚合物基材进行了评估，例如聚酰胺、聚酯、尼龙和热塑性聚氨酯。

最终产品的纺织品选择取决于其物理、拉伸、化学和热性能。低成本、无毒和可持续的纺织品已经集成到原型可穿戴电子系统中。

已经研究了电活性材料在电极等组件中的应用，包括碳质材料，如碳纳米管，炭黑，活性炭，石墨烯和氧化石墨烯。导电聚合物以及金属氧化物和2D材料（如过渡金属硫族化物和MXenes）也得到了研究。

电解质也是能量收集和存储系统（如超级电容器）的关键组件。水电解质、有机电解质、离子液体、聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、聚合物盐复合电解质和复合电解质已成为可穿戴电子纺织品和设备研究的潜在候选者。

可穿戴电子纺织品和电极等组件可以使用各种方法制造。活性材料可以直接涂覆在纺织基材上，以提高其导电性。研究中探索的涂层技术包括浸涂，化学气相沉积，胶带铸造，物理气相沉积和包装。

导电材料可以使用编织，刺绣，针织和编织等方法与织物集成。活性材料也可以使用增材制造方法（如喷墨印刷和丝网印刷）直接印刷到纺织基材上。熔融纺丝，湿法纺丝和静电纺丝也已成为有吸引力的制造方法。

可穿戴式超级电容器的主要特性

本文探讨了高效、耐用、灵活和可穿戴超级电容器所需的关键特性。这些重要的储能组件需要的两个主要特性是柔韧性和抗机械变形性。在研究中采用几种技术来测试这些特性，例如在数百个循环中进行弯曲，扭曲，绕组和其他变形测试。

组件必须能够在多个周期内保持关键的电气特性，例如电容保持。此外，即使在极端的机械应力下，它们也必须安全使用。一些研究已经研究了满足所有这些性能要求的超级电容器的设计，并取得了不同程度的成功。

本文强调了阻碍可穿戴电子纺织品全面商业化的一些挑战。多次洗涤循环后的性能保持，安全性问题，如对用户和环境的毒性，以及材料和柔性设备组件的技术挑战是目前研究的重点。

提高成本效益、可持续制造、多功能性和工业可扩展性是可穿戴电子领域科学家必须解决的关键问题。

虽然这些挑战非常复杂，但基于可穿戴电子纺织品的设备具有良好的前景。许多行业对这些创新设备的需求不断增加，这促进了深入研究。预计到2028年，电子纺织品和智能服装市场将超过150.189亿美元。

研究正在取得重大进展，《Advanced Science》杂志上的新评论论文为智能可穿戴电子纺织品设备领域做出了值得注意的贡献。

Islam, M.R et al. (2022) Smart Electronic Textile-Based Wearable Supercapacitors Advanced Science [online] onlinelibrary.wiley.com.

可在以下位置获得：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202203856

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