超強韌、可伸縮導電纖維可用于可穿戴的健康監測系統

纖維材料具有高強度和大拉伸能力，是高性能可穿戴電子設備的重要組成部分。可穿戴電子系統需要一種堅固的材料，以確保耐久性、穩定性以及廣泛的應變范圍。然而，如何制造出同時具有較高機械強度和拉伸性能的纖維材料仍是一個挑戰。

據報道，西北工業大學柔性電子研究院院士黃維、教授王學文和北京理工大學預聘教授宋維濤團隊合作，開發了一種新型聚氨酯聚合物（ASC）與碳納米管（CNT）層復合而成的纖芯，具有較高的應變范圍和較高的強度，同時具有較高的應變分辨率和較大的檢測范圍。此外，其還可以檢測到0 ～ 40 赫茲的低頻振動，涵蓋了人體發生的大多數震動。因此，將該纖維狀機械傳感器縫在衣服上，制成智能電子衣服，有望成為評估人類健康的一種新方法。

研究人員介紹，超堅固可擴展的導電纖維由微纖芯、導電層和外層薄封裝層三層組成。ASC 基團之間存在無序的多重氫鍵，具有優異的力學性能，如高的拉伸強度和應變。CNT 賦予纖維強大的的韌性和彈性，與PDMS、SEBS、TPU 等軟彈性聚合物相比，特殊的線性分子結構和納米纖維微觀結構使導電纖維具有29.8 MPa的強拉伸強度和高至800%的強拉伸能力。

纖維機械傳感器可承受的應變范圍從0.0075%～700%，重量很輕。同時，該傳感器對外界刺激的敏感范圍為0～400%，具有較高的靈敏度和重現性、超高的檢測限和分辨率，是目前報道的精度最高的纖維型柔性應變傳感器之一。此外，該傳感器顯示了超高的機械和電氣穩定性，在應變為100%的情況下，可以承受1萬赫茲的循環拉伸試驗，電阻退化率僅為11.5%。

對身體震顫進行實時監測，是早期篩查和診斷疾病的有效途徑，但只有微弱的振動信號才能傳輸到人體皮膚表面，這使得其很難被檢測到。該傳感器可以檢測到頻率＜ 40 赫茲的低頻弱振動，還可以測量各種頻率的阻尼振動，表明其具有良好的振動檢測性能，在檢測肌肉運動和振動方面表現良好，可以用來預測肌肉的耐力狀態和運動量。

進而，研究團隊設計了一個可穿戴的健康監測系統，可以用來檢測手腕脈搏和呼吸。纖維機械傳感器可以附著在人體的不同位置，采集生理信號和特征信號，如眨眼、跳躍、手指彎曲、喉嚨振動等，還可以監測人體姿態，如跑、走、跳、坐、爬樓梯、跌倒等，收集到的生理信號可用于預測和診斷疾病。此外，該傳感器還可以實現對身體姿勢的準確性和協調性的預測，總準確率為92.7%，在跟蹤身體協調性方面有一定的應用前景。