近期，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術教育部工程研究中心馬丕波教授團隊實現了從自供電智能紗線到柔性可穿戴針織物的大規模制備。本工作提出的高強度智能編織紗線由高性能的超高分子量聚乙烯纖維外殼和導電芯紗組成，紗線柔軟、強度超群（393.12 MPa）、持久耐用、耐酸抗堿，制備的全柔性智能針織護肘可實現人體動作監測，同時為使用者提供了全方位防護，有望應用于戶外極限運動、軍事活動、高風險工業生產、高強度醫療縫合等各種工況復雜的使用。場景相關成果以“An Ultrahigh-strength Braided Smart Yarn for Wearable Individual Sensing and Protection”為論文標題在線發表在《Advanced Fiber Materials》期刊(IF=16.1)。江南大學針織中心2021級碩士研究生王開、沈運初為論文共同第一作者；江南大學針織中心馬丕波教授、陳超余副研究員，無錫市第九人民醫院手外科副主任趙剛為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(11972172)、中國博士后科學基金資助項目(2022TQ0123)、江蘇省自然科學基金(BK20221094)資助。論文全文鏈接為：
https://doi.org/10.1007/s42765-024-00385-w
文章概述
隨著智能生活的興起，各種柔性可穿戴傳感器在體育、醫療、人機界面等領域進行了大量應用嘗試，但綜合力學性能和柔韌性能的不足限制了當前柔性可穿戴傳感器的防護性能、耐用性和舒適性，使其在大規模的實際應用——尤其是復雜特殊環境下的應用中，仍然面臨著一系列挑戰。
本項工作中，研究人員設計了一種超高強度智能編織紗線(UBSY)，并實現了上千米紗線的連續編織。超高分子量聚乙烯紗線外殼賦予了智能紗線優異的強度、耐磨性、耐酸堿液體潑濺性、耐洗滌性和穩定的自供電傳感性能。優化后的高致密UBSY直徑僅為527 μm，達到了383.12 MPa的超高拉伸應力，單根UBSY可以輕松提起9 kg的水桶，承重性能優異。UBSY與大規模的工業化橫機生產適配，得到的全柔性針織智能織物柔軟、高強，能準確地感應壓力、頻率，不僅確保了穿戴者的人身安全和穿著舒適性，還可在復雜、危險的環境中保持穩定的傳感能力，為極限運動、軍事用途、高風險工業制造活動和高強度醫療縫合等不同領域的復雜特殊環境中的大規模高性能可穿戴應用提供了切實可行的思路。
圖1 UBSY的制備與外觀
圖2 UBSY的摩擦電性能
圖3 UBSY的力學性能與耐用性
圖4 WTS的力學性能及防護性能
圖5智能護肘在戶外可穿戴運動管理系統中的應用