清华大学化学系张莹莹

huanping

电子织物（E-textiles）通过将功能电子元件整合在织物上，实现了传统纺织行业与现代电子行业的融合。传统织物具有很多优点，例如柔性、透气性、弹性等。如果将块体的硬质电子元件整合进织物会大大降低织物的穿戴舒适性。为了缓解这个问题，研究者尝试将功能电子元件制成纤维状并编织进织物中，这种方式在一定程度上提高了电子织物的穿戴舒适性，然而，制备电子功能纤维并整合进织物这种相对繁琐的过程会导致高昂的成本。开发高效、便捷、低成本、可个性化的制备电子织物的方法仍待开发。

蚕丝被誉为纤维皇后，是一种常见的天然蛋白纤维，开辟了我国古代丝绸之路，并伴随了几千年的文明发展历程。蚕丝具有的良好的生物相容性、无毒无刺激、可生物降解、产量丰富等优点，是构建电子织物的极具潜力的原材料。

针对电子织物的发展需求，清华大学张莹莹团队联合中科院北京纳米能源与系统研究所翟俊宜团队提出了通过同轴3D打印法制备电子织物的策略，通过将自行设计的同轴喷丝头集成到3D打印机上，实现了在织物上皮芯结构纤维和智能电子器件的直接打印。同轴喷丝头的运用为3D打印带来了材料、结构、乃至功能的多元性，为电子织物的设计和灵活制作提供了新思路。

通过同轴3D打印技术在织物上制作由皮芯结构纤维构成的智能图案

通过对皮芯结构材料的选择和搭配，可实现各种智能功能。通过选择不同的墨水组合进行打印，可高效地将不同功能的单元集成在织物中（类似于彩色打印机）。作为该技术制备得到的智能图案化电子织物的概念展示，作者使用由丝素蛋白皮层和碳纳米管芯层构成的皮芯结构智能图案，实现了将人体运动时衣物摩擦产生的静电进行收集，获得了高达18 mW/m2功率的电能输出。此外，作者还展示了这种方法制作超级电容器图案，用于能源存储。通过电子织物的设计制作，服饰上的个性化图案在传统的审美或商标功能之外，还将具备信号收集、信息交互、能源管理等新功能。

参考文献：

MingchaoZhang, Mingyu Zhao, Muqiang Jian, Chunya Wang, Aifang Yu, Zhe Yin, XiaopingLiang, Huimin Wang, Kailun Xia, Xiao Liang, Junyi Zhai,* and YingyingZhang*. Printable Smart Pattern for Multifunctional Energy-ManagementE-Textile. Matter, 2019.

DOI:10.1016/j.matt.2019.02.003

https://www.cell.com/pb-assets/journals/research/matter/printable-smart-pattern.pdf?utm_campaign=STMJ_1552570354_TOPA_TOPOTR&utm_medium=SORG&utm_source=WC&dgcid=STMJ_1552570354_TOPA_TOPOTR