深圳大学发布用于实时步态分析的摩擦电纺织传感器研究
摩擦纳米发电机（TEGN）因其结构简单、体积小、重量轻，被认为是可穿戴传感器领域的理想候选。基于织物结构的TEGN进一步增强了可穿戴设备的柔软性和舒适性，为无创监测生理信号提供了全新思路。以芯壳结构纱线为特征的织物型TEGN具有与传统纺织品良好的兼容性，但其制备过程中常采用的同轴纺丝、涂层、覆膜或包纱等方式，往往导致芯层导电纤维与壳层摩擦材料结合不紧密，从而引发电阻上升、电荷泄露或结构滑移等问题，进而限制了传感器的灵敏度与稳定性。
研究亮点
为解决上述技术瓶颈，深圳大学微流控与软物质课题组的孟思副研究员、孔湉湉教授与刘洲研究员团队提出了一种基于同轴共轭静电纺丝与导电黏合剂涂层相结合的创新方法。该方法可实现高灵敏度、高稳定性的芯—壳纳米纤维同轴纱线（NCYs）的大规模制备，并将其应用于多种纺织结构中，用于人体不同部位的生理信号监测。
技术解析
研究团队在实验中采用同轴共轭静电纺丝技术，结合导电黏合剂涂层，以PA66和PVDF-TrFE两种摩擦性能差异明显的聚合物为壳层材料，芯层则使用柔性不锈钢纤维。在纺丝过程中同步引入导电黏合剂涂层（黏性组分为PVA，导电组分为液态金属，抗菌组分为银纳米线），从而提升结构的稳定性和电输出效率。该方法成功实现了具有高柔韧性和高灵活性的NCYs的大规模生产。
研究人员利用常规织布技术将NCYs编织成平纹结构的NCY-TENG织物，并对其在步态监测中的性能进行了测试。实验覆盖了1~3.5Hz的典型步态频率范围，结果显示该织物能在0.5~3.5Hz频率下稳定输出电信号，验证了其在步态监测中的可行性。此外，NCY-TENG可通过电压响应变化实时反映足底压力分布，满足步态分析的精确需求。
研究人员还进一步探索了NCYs的多种衍生纺织结构，包括加捻纱线、编织纱线和罗纹织物。加捻纱线在低应力条件下表现出更高的灵敏度，适用于如吞咽等细微动作的检测；而编织纱线则能够承受更大的应力，更适合用于跟踪手指等小关节的运动。
与平纹结构相比，罗纹针织结构的NCY-TENG具备更宽的线性压力检测范围，但灵敏度稍逊。其优异的拉伸性能使其成为监测肘部等大关节运动的理想选择。研究人员已将罗纹NCY-TENG集成到商用肘部护套中，成功实现了对肘关节弯曲角度的精准捕捉。
在可穿戴鞋垫应用方面，研究人员选用了高灵敏度和平整结构的平纹NCY-TENG作为基础单元，并在足部关键压力点布置了15个此类传感器。测试显示，该鞋垫在多种站立和行走状态下均能提供精确的足底压力图谱，有效识别不同步态模式。此外，平纹NCY-TENG织物具备良好的透气性、耐洗性和抗菌性能，显示出在智能健康穿戴领域，尤其是在糖尿病足监测中的巨大应用潜力。
审核编辑：黄宇