漸成主流的E—服裝一瞥

劉冬梅

智能織物和可穿戴技術對研究人員、設計者和工程師來說，是一個獨特而必要的對象，他們要通過跨學科和交互領域來研發紡織品及成衣產品，要通過整合傳感、驅動、電子、能量等方面對紡織結構進行創新。由于智能織物具有功能多、穿著輕巧舒適的特點，被視為高生活品質的促進者和生物醫學發展的推進者。它有利于促進醫療保健產業發展，有助于紡織、時尚和服裝設計方面的學術研究。

隨著微化電子學和信息學（計算機、微型傳感器、信號處理、傳輸等）研究的新進展，多元、高智能、多功能的紡織品逐漸走入人們生活，衣服不僅要舒適并且具有滿足不同需求的電子設備。

“電子交互紡織”技術已在數年前就從穿戴式計算機領域衍生出來。穿戴式計算裝置已不再是新鮮的話題，但那種笨重而尷尬地附在人們身上的形式已成過去，取而代之的是觸摸、聲音和體溫的相互作用。盡管如此，電子紡織業的研究仍方興未艾。我們可以清楚地看到幾個重要的研究方向，它暗示著那些應用軟件在不久的未來將會引人注目。

現代E-服裝

E-服裝在過去就意味著電子產品附帶在身體上，但今天的E-服裝能為使用者提供很多方便應用的程序，并且與普通服裝看上去沒有兩樣，它天衣無縫地嵌入穿者所熟悉的服裝，如襯衫，剩下所需要做的就是指導用戶如何使用，并達到預期的目標。例如，合適的傳感位置，能讓穿者感覺不到它的存在。又如，把其中一個安置在腰帶上或安放在人體某個指定需保護的部位。比起零散的部件配置，E-服裝的優勢在于，線路就是紡織纖維本身，線路不容易被打亂或糾纏懸掛在外，被周圍的物品鉤住。

當然，要想消費者接受，這些智能穿戴就必須時尚好看。他們還可把組件安置在連接紡織物的夾層，口袋和縫合處，同樣也可安裝在普通的部件上，例如紐扣、鉚釘和拉鏈上。

不同于過去的工藝

智能穿戴促使電子元件進一步微型化，以便能分散地安裝在整個紡織品上。這也意味著紡織品設計專家不再是傳統意義上的設計師，而是既懂醫學，又懂電子，還懂材料學和纖維，包括紡織服裝和時尚的專家?，F代織機已高度自動化，電腦控制，能高速運轉?？棛C在織造時運用交叉技術即可在纖維制品嵌入傳導性和傳感性的元件。

導電涂層：用鎳或銅作為紡織品涂層，利用其典型的化學反應導電是一個不錯的解決方案。用電鍍技術為一套制服鍍上導電涂層，這在過去十分昂貴，但今天可以利用新技術降低成本。

汽化涂層：紡織品基底是開放性元素，可由汽化金屬組成，典型的就是鋁，濃縮之后覆蓋在表層，形成涂層。汽化過程可產生各種不同厚度的涂層，導電程度也各不相同，同時相對薄一點的涂層正在研究中。

導電聚酯：若用常規方法，過程十分困難。紡織品基底的涂層都是具有傳導性的高分子聚合物，例如聚苯胺就是很好的導電材料。目前，這些種類的聚合物用于具有傳導性和抗靜電的紗線、纖維和薄膜。其涂層的導電性比金屬更強，持續性也好，無腐蝕。

炭化處理：這個過程用于制造一件服裝，使其適應溫度的變化，讓體溫變化范圍在0.5攝氏度以內。這就涉及到要創建紡織炭化爐，溫度保持在1000攝氏度，來制造導電的紡織品。

導電油墨：導電油墨技術為電子交互紡織的發展提供了另一選擇。用該技術讓產品互動，如T恤、語音圖書、包裝和墻紙都已申請專利。導電油墨技術即使彎折和洗滌也不會失去導電性。導電油墨目前應用于各類科技，如凹版、柔性版和旋轉絲網印刷，可用輥把油墨涂在印刷基板上。

結合技術：早些時候，討論監控健康的技術是為了創建智能紡織品，讓它具有導電性能。包括輸入和輸出設備、傳感器、電能是創建電子交互紡織所必需。輸入設備，包括鍵盤、語音和手寫識別系統，可開發出來錄入電子交互紡織數據錄入。輸出技術，則包括陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）、鏡面顯示器和靈活的發光顯示器。傳感器就是個小型的電子設備，可接收和響應刺激，發送給和電子紡織功能相關的用戶。可把它們融合到紡織基底里。

能源供給技術：通常由電池提供電量，激活電子紡織品中各類組件。近年來，電池變得更小，但電力卻更充足，防水性（可洗的）更強，成本更低。一種由絲網印刷制作的氧化銀膏，涂在基底上，生產出的電池只有120微米厚。太陽能和人體產生的能量，也被視為電子交互紡織技術的電源。

纖維材料：（A）自然導電纖維。自然導電纖維或導電金屬纖維，可由導電的金屬如鐵合金、鎳、鈦、鋁、銅和碳開發而來。金屬纖維細薄，每根直徑只有1～80微米或0.001到0.080毫米。在加工過程中，纖維從金屬板的邊緣掉落。但高導電金屬纖維昂貴，且隨著時間的推移，它們易碎的特性會損害設備。此外，它們比大多數紡織纖維重，且同質混合生產也十分困難。（B）人造導電纖維。導電纖維也可通過鍍上金屬，帶電物質金屬鹽涂層，如銅硫化物、碘化銅等來導電。電涂料還可提供相對較高的導電率，但只適用于導電基體，如石墨和碳纖維等?？紤]到制造業的復雜性和費用消耗，電鍍涂層通常不用于紡織品。各種纖維鍍上金屬鹽涂層，可用于傳統的紡織工業。這些涂料只具有低導電率。這大大降低了織物的導電率。

組合方法

粘合，裝訂與連接：使用導電膠粘劑將組件插入到紡織基底。無毒、高導電、高彈性且非常靈活的導電膠，可以用于粘合剛性組件和靈活的紡織基板。當基片彎曲或曲折時，電路則可自由移動。組件也可貼在導電縫合處，形成紡織電力回路。然而，這樣的彎曲，使連接基底組件的針，在紡織中加速磨損。加入電子組件的纖維紡織網框架可直接縫合在織物電路上。線程引導的電子元件可縫合、穿孔或編織，基底限制了組件的特定位置，讓導電線程最終均衡。

傳感器的位置：在某些應用程序中，例如，運動檢測傳感器或麥克風中，放置的傳感器可讓數據質量產生巨大的差異。應用程序的質量，往往取決于傳感器數據的質量。例如，對耐磨面料中，扭轉和彎曲布料，可改變傳感器的相對位置。有的應用程序加入聲音信號，其頻率范圍受制于兩傳感器之間的距離。

傳感器的種類：（A）血壓測量傳感器。壓力傳感器用于感受血壓變化，傳感器和所有元件產生電信號的變化和壓力的變化成正比。之后總檢處會逐漸釋放壓力，跟隨電流，直到檢測到脈沖。壓力傳感器設備可讀取血壓變化，并把這些數據記錄下來或進行轉換。（B）體溫測量傳感器。熱敏電阻對溫度非常敏感，電阻值會隨著溫度變化。不像熱電偶，熱敏電阻的電阻值沒有標準，與它的溫度或扭曲程度相關。有兩種主要類型的熱敏電阻：正溫度系數（PTC）電阻和負溫度系數（NTC）電阻。正溫度系數PTC熱敏電阻，電阻會隨溫度的升高而增大。負溫度系數NTC熱敏電阻，電阻會隨溫度的升高而以非線性的方式下降。為了降低這種非線性因素，會將多個熱敏電阻元素結合在一起。雖然熱敏電阻比一些其他類型的溫度傳感器更準確，但它們有限定的溫度范圍。

測量心率的最簡單方法是使用心率傳感器。它通過指尖的維管組織和相應的光強度的變化來測量，光強度的變化則要通過組織中血容量的變化來體現。儀器簡單實用，可以用來測量人的心跳，甚至測量更多其他頻率。

不同于心電圖儀（ECG）可監測心臟的電信號，心率傳感器通過測量血管中紅外透射率的變化來測心跳。心跳促使血液通過全身血管，血液隨著時間和相應光強度的變化而變化。通過這種方法可以測定心率。

網絡和通信

數據都是從許多傳感器獲取，許多問題，如個體傳感器，在織物中數據路徑的布局，單元位置的處理以及路徑策略，在設計織物圖案時都發揮著重要作用，特別是對功率的消耗。其中互聯可能是一個最難處理的環節。在電子工業中，互聯不僅包括連接兩條線路，或把電子元件和導線相連。相互連接的常用方法是焊接。組件也可連接到導線上，用連接器絕緣位移和點焊的方法。另一方面，可縫合連接兩塊面料。當兩塊E-紡織品必須相互關聯時，也就必須同時考慮這兩個問題。因此，在電子組件和紡織品之間，有必要開發新類型連接方式。若這個E-紡織品使用的是耐磨面料，那么必須注意，要確保讓穿戴它的人感到舒適。大多數E-紡織品應用程序都是獨立的應用程序，里面包含有嵌入式傳感器和計算實體。

面料特性

能量功耗還依賴于軟件執行時間和數據檢索的方式。此外，事實上有限的計算邏輯，可能增加嵌入式織物的執行時間。

舒適度：耐磨織物所用的紡織物材料有可塑性，要有足夠的舒適系數。當織物中的線被導線取代，導線的硬度可能會改變其品質，讓穿戴者感到不舒服。這是在設計時應當考慮到的一個重要的因素。

耐久性：在大多數的電子應用程序中，傳感器的位置是準確固定的。但當把這些傳感器融合到織物中，織物的靈活性會改變這些傳感器之間的相對位置。這種靈活性可能受阻，也可能是有利因素，在這些應用程序中，傳感器的位置扮演著重要角色。為了讓電子交互紡織品成功進入消費市場，它們必須容易護理，能夠周期性地維護其電導率。可穿戴電子交互紡織品不能因身體的運動、壓力、織物的靜電、汗水和身體熱量而遭到破壞。日新月異的技術可為我們帶來不同的關鍵挑戰。

人類已存在諸多把紗線轉變為紡織品的技術。這些技術代表著以各種可能的電氣連接方式。當其用于E-紡織品時，E-紗線就將面臨彎曲、拉伸和剪切。在穿戴的過程中紗線有可能被拉伸。晶體管材料承受拉伸應變值相對較小。那么，需要重新配置新的本地互聯組件電路，這將取決于E-紡織品的中樞網絡功能。此外面料磨損與剪切摩擦，這是E-紡織品另一需要了解和預防的問題。

E-監控服裝已逐漸成為人類的第二皮膚。它提供了新的手段，讓用戶周圍的環境和其身體相互作用。可應用于娛樂、運動、健康和專業安全保障方面。紡織傳感器提供的是耐磨損的傳感器;其加工過程更長。從不同傳感器中組合信息，運用先進的信號處理方法，從原始信號中提取和選擇可靠的信息。E-監控健康的紡織品還需要進行大量的研究來解決相關問題。