近日，国际顶级期刊《Nature》子刊：《Nature Communications》（IF：16.6，中国科学院一区，TOP期刊，H指数248）在线发表我校纺织科学与工程学院樊威教授团队的研究论文“Sweat permeable and ultrahigh strength 3D PVDF piezoelectric nanoyarn fabric strain sensor”。我校为第一署名单位，樊威教授为论文的第一以及通讯作者；硕士研究生雷睿心为第二作者；沙赫鲁德理工大学Mashallah Rezakazemi教授和南京林业大学葛省波副教授为共同通讯作者。

商用可穿戴传感器通常需要经过电子封装，具有良好的抗干扰稳定性，然而，封装使其不透气，作为人体传感器使用时，会影响人体和外界的气体交换，损害了人体穿戴的舒适性。此外，人体出汗后无法排出，会引起皮肤炎症和其他皮肤疾病。上述弊端，导致现有商用传感器无法长期接触人体佩戴。针对以上问题，我校樊威教授团队及其合作者采用航天飞行器高性能纤维结构件中常用的三向正交织物所用的3D织造方式，将具有不同吸湿性能的绝缘纱线对PVDF压电纱线和导电纱线进行封装，开发了一种免电子封装且具有反重力单向液体输送功能的3D结构全纤维自供电应变传感器。

该工作首先通过共轭静电纺丝和热牵伸工艺，制备出强度高达313.3 MPa的PVDF压电纳米纤维纱线（满足3D织造的要求），随后采用3D纺织技术，将PVDF压电纱线、导电纱线和不同吸湿性能的绝缘纱线按照图1所示的结构进行分布，织造成3D压电织物(3DPF)传感器。在已报道的柔性压电传感器中，3DPF的抗拉强度最高，达到46.0 MPa。此外，构建的3D织物从底层到表层的纱线具有梯度吸湿效应，Z向纱线具有超强的芯吸效应，使得3DPF具有反重力单向液体输送的功能。人体运动出汗后，汗液可以在4秒内从靠近皮肤侧的内层反重力运输到外层，为用户提供了舒适干燥的佩戴环境。更重要的是，人体正常出汗后，不但不会降低3DPF的压电输出性能，反而会增强其压电性能。此外，3DPF的耐用性和舒适性与商用棉T恤相似的级别，可满足人体日常穿着的要求。此工作采用常规不导电商用纱线对导电和压电纱线进行封装的策略为开发其他类型的可呼吸的柔性可穿戴电子设备提供了一种新的设计思路。

3DPF的制备与结构示意图

此项工作所提出的智能可穿戴织物在舒适性和传感性能之间取得了平衡，使智能可穿戴产品被人体长期穿着成为可能，工作得到国家自然科学基金、陕西省杰出青年科学基金、中国科协青年科技精英资助计划、中国纺织之光研究计划、陕西高校青年创新团队、柔性电子与智能纺织研究所项目的支持以及西北工业大学张婷副教授、孙兴副教授在数值模拟方面的指导。该工作的合作者包括：西安工程大学窦皓副教授、武峥教授，西安交通大学王淑娟副教授、西北工业大学刘旭庆教授、英国曼彻斯特大学李翼教授、KLE技术大学Tejraj M. Aminabhavi教授，西安工程大学硕士研究生陆琳琳（现为同济大学博士生）和陈炜纯（现为中山大学博士生）。

（撰稿：林凯 审稿：张洛红 李伟）

原文链接：Wei Fan* et al. Sweat permeable and ultrahigh strength 3D PVDF piezoelectric nanoyarn fabric strain sensor, Nature Communications, 2024, 15, 3509.

https://doi.org/10.1038/s41467-024-47810-7