本书以智能穿戴与织物电子的融合发展为背景,系统阐述了传感功能与纤维、纱线及织物结构深度集成的理论基础与关键技术。全书围绕织物传感技术体系展开,共分为九章,内容层层递进:首先,概述织物传感器的基本概念、发展脉络与核心优势;接着,深入解析其技术基础、分类方法与性能指标体系;继而,全面介绍包括金属、半导体、碳材料、导电高分子等在内的关键功能材料,以及从传统织造到现代印刷、3D打印等先进成型加工技术;随后,分类讲解力学、温湿度、生化、生理电等主要类型的织物传感器,涵盖其传感原理、制备工艺与典型应用;最后,系统展望该技术在医疗、运动、军事、智能家居等领域的前景,并探讨其未来发展方向与挑战。
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博士:2002.03-2005.03,东华大学纺织学院,纺织科学与工程
硕士:1999.09-2002.03,东华大学纺织学院,纺织科学与工程
学士:1988.09-1992.03,郑州纺织工学院,纺织工程
2017.04-至今 中原工学院,纺织学院/智能纺织与织物电子学院,院长
2013.04-2017.03 中原工学院,纺织学院、纺织服装产业研究院,副院长
2015.01-2016.06 University of California, Davis, USA, 纺织与服装系,访学
2007.04-2013.03 中原工学院,国际教育学院、副院长
2009.01-2010.01 University of Manchester, UK, 纺织系,访学
2007.03-2009.06 东华大学智能穿戴、数字化与智能纺织1. 中国纺织工程学会常务理事;2. 中国纺织服装教育学会理事;3. 中国流行色协会色彩教育专业委员会委员;4. 全国纺织标准化委员会智能纺织品工作组委员、河南省纺织服装标准和技术委员会副主任委员;5. 河南省材料与化工专业学位研究生教育指导委员会委员;6. 中国纺织出版社等编委;7. 《Textile Research Journal》等国际著名纺织相关期刊审稿专家;8. 国家自然科学委员会、国家科技部、浙江省等省科技厅的科技评审专家
目录
前言
第1章 织物传感器概述 1
1.1 引言 1
1.2 织物传感器的概念 2
1.3 织物传感器的特点 5
1.3.1 物理性能 5
1.3.2 集成技术 8
1.3.3 应用性能 9
1.4 织物传感器的发展 10
1.4.1 发展历史 10
1.4.2 未来方向 16
1.5 本章小结 20
参考文献 20
第2章 织物传感技术基础 23
2.1 引言 23
2.2 织物传感器的定义 24
2.3 织物传感器的分类 26
2.3.1 传感机制 27
2.3.2 材料结构维度 31
2.3.3 传感功能 34
2.4 织物传感器的性能指标 36
2.4.1 织物性能指标 37
2.4.2 传感性能指标 53
2.5 织物传感器系统 60
2.5.1 基本构成 60
2.5.2 集成与封装 61
2.5.3 性能评估 62
2.6 本章小结 62
参考文献 63
第3章 织物传感材料 66
3.1 引言 66
3.2 材料导电机理 66
3.3 金属材料 69
3.3.1 铜金属 69
3.3.2 不锈钢 70
3.3.3 其他金属 70
3.4 半导体材料 71
3.4.1 硅材料 73
3.4.2 金属氧化物 74
3.4.3 半导体聚合物 75
3.5 碳材料 76
3.5.1 碳纤维 77
3.5.2 碳纳米管纤维 78
3.5.3 石墨烯纤维 80
3.5.4 其他碳材料 82
3.6 导电高分子材料 83
3.6.1 有机导电高分子 83
3.6.2 导电有机硅 85
3.7 导电复合材料 86
3.7.1 聚合物基复合材料 86
3.7.2 导电油墨 89
3.8 导电水凝胶 91
3.8.1 离子导电型水凝胶 92
3.8.2 电子导电型水凝胶 92
3.9 本章小结 93
参考文献 94
第4章 织物传感器成型加工技术 96
4.1 引言 96
4.2 传统织造技术 96
4.2.1 导电纺织品纺丝及纺纱技术 97
4.2.2 导电纺织品机织技术 104
4.2.3 导电纺织品针织技术 107
4.2.4 导电纺织品编织技术 109
4.2.5 导电纺织品刺绣技术 110
4.3 静电纺丝技术 111
4.4 浸渍技术 114
4.5 印刷技术 116
4.6 3D打印技术 118
4.7 其他技术 119
4.8 本章小结 121
参考文献 122
第5章 织物力学传感器 124
5.1 引言 124
5.2 织物力学传感器的原理 124
5.2.1 电阻式织物力学传感器 124
5.2.2 电容式织物力学传感器 126
5.2.3 压电式织物力学传感器 127
5.2.4 基于其他原理的织物力学传感器 128
5.3 织物力学传感器的制备 128
5.3.1 织物力学传感器材料体系 129
5.3.2 织物力学传感器制备工艺 130
5.4 织物力学传感器的应用 134
5.4.1 运动与生理监测 134
5.4.2 医疗康复与临床检测 140
5.4.3 人机交互与柔性机器人 144
5.4.4 基础设施与结构监测 145
5.4.5 智能家纺 145
5.5 本章小结 147
参考文献 148
第6章 织物温湿度传感器 152
6.1 引言 152
6.2 温湿度传感器的原理 152
6.2.1 湿度传感器 153
6.2.2 温度传感器 154
6.3 织物导电湿度传感器 155
6.3.1 电阻式织物湿度传感器 156
6.3.2 电容式织物湿度传感器 158
6.4 织物导电温度传感器 162
6.4.1 电阻式织物温度传感器 162
6.4.2 热电偶式织物温度传感器 164
6.4.3 半导体式织物温度传感器 166
6.5 织物变色湿度传感器 167
6.6 织物变色温度传感器 176
6.7 本章小结 181
参考文献 181
第7章 织物生化传感器 184
7.1 引言 184
7.2 织物生化传感器的原理 185
7.2.1 传感原理 185
7.2.2 可检测的目标体液 189
7.2.3 信号转导 191
7.3 织物生化传感器的制备 194
7.3.1 织物电极功能化修饰技术 194
7.3.2 织物生物传感集成方法 196
7.4 织物生化传感器的应用 199
7.4.1 泪液分析 199
7.4.2 汗液分析 201
7.4.3 唾液分析 203
7.4.4 间质液分析 205
7.4.5 尿液分析 207
7.4.6 多组分检测分析 208
7.5 本章小结 211
参考文献 212
第8章 织物生理电传感器 216
8.1 引言 216
8.2 织物生理电传感器的原理 216
8.2.1 织物导电机制 216
8.2.2 织物电极-皮肤界面特性 217
8.2.3 动态接触稳定性 224
8.2.4 运动伪迹抑制 226
8.3 心电传感电极 226
8.3.1 基本概念 226
8.3.2 电极结构 227
8.3.3 性能评估 230
8.4 脑电传感电极 231
8.4.1 基本概念 231
8.4.2 电极结构 231
8.4.3 性能评估 236
8.5 肌电传感电极 237
8.5.1 基本概念 237
8.5.2 电极结构 238
8.5.3 性能评估 240
8.6 织物生理电传感器的应用 241
8.6.1 心电监测应用 241
8.6.2 脑电监测应用 244
8.6.3 肌电监测应用 246
8.7 本章小结 247
参考文献 247
第9章 织物传感器的前景与展望 252
9.1 引言 252
9.2 织物传感器应用前景 252
9.2.1 医疗健康 252
9.2.2 运动监测 253
9.2.3 航空与军事 254
9.2.4 人机交互 254
9.2.5 智能家居 255
9.2.6 织物传感人体网络 256
9.3 织物传感器的发展方向 257
9.3.1 材料创新 257
9.3.2 织物集成器件 259
9.3.3 织物电路 261
9.3.4 织物电子系统 262
参考文献 263