超强韧、可伸缩导电纤维可用于可穿戴的健康监测系统

纤维材料具有高强度和大拉伸能力，是高性能可穿戴电子设备的重要组成部分。可穿戴电子系统需要一种坚固的材料，以确保耐久性、稳定性以及广泛的应变范围。然而，如何制造出同时具有较高机械强度和拉伸性能的纤维材料仍是一个挑战。

据报道，西北工业大学柔性电子研究院院士黄维、教授王学文和北京理工大学预聘教授宋维涛团队合作，开发了一种新型聚氨酯聚合物（ASC）与碳纳米管（CNT）层复合而成的纤芯，具有较高的应变范围和较高的强度，同时具有较高的应变分辨率和较大的检测范围。此外，其还可以检测到0 ～ 40 赫兹的低频振动，涵盖了人体发生的大多数震动。因此，将该纤维状机械传感器缝在衣服上，制成智能电子衣服，有望成为评估人类健康的一种新方法。

研究人员介绍，超坚固可扩展的导电纤维由微纤芯、导电层和外层薄封装层三层组成。ASC 基团之间存在无序的多重氢键，具有优异的力学性能，如高的拉伸强度和应变。CNT 赋予纤维强大的的韧性和弹性，与PDMS、SEBS、TPU 等软弹性聚合物相比，特殊的线性分子结构和纳米纤维微观结构使导电纤维具有29.8 MPa的强拉伸强度和高至800%的强拉伸能力。

纤维机械传感器可承受的应变范围从0.0075%～700%，重量很轻。同时，该传感器对外界刺激的敏感范围为0～400%，具有较高的灵敏度和重现性、超高的检测限和分辨率，是目前报道的精度最高的纤维型柔性应变传感器之一。此外，该传感器显示了超高的机械和电气稳定性，在应变为100%的情况下，可以承受1万赫兹的循环拉伸试验，电阻退化率仅为11.5%。

对身体震颤进行实时监测，是早期筛查和诊断疾病的有效途径，但只有微弱的振动信号才能传输到人体皮肤表面，这使得其很难被检测到。该传感器可以检测到频率＜ 40 赫兹的低频弱振动，还可以测量各种频率的阻尼振动，表明其具有良好的振动检测性能，在检测肌肉运动和振动方面表现良好，可以用来预测肌肉的耐力状态和运动量。

进而，研究团队设计了一个可穿戴的健康监测系统，可以用来检测手腕脉搏和呼吸。纤维机械传感器可以附着在人体的不同位置，采集生理信号和特征信号，如眨眼、跳跃、手指弯曲、喉咙振动等，还可以监测人体姿态，如跑、走、跳、坐、爬楼梯、跌倒等，收集到的生理信号可用于预测和诊断疾病。此外，该传感器还可以实现对身体姿势的准确性和协调性的预测，总准确率为92.7%，在跟踪身体协调性方面有一定的应用前景。