近年來，青島大學紡織服裝學院不斷聚焦“紡織+”學科發展戰略，積極對接國家重大戰略需求，突破重大共性關鍵技術，支撐行業綠色高質量發展。在紡織和醫學交叉學科領域，面向世界科技前沿，研究運動健康用智能紡織品與可穿戴技術，引領紡織產業轉型升級。
智能電子紡織品科研團隊隸屬于青島大學智能可穿戴技術研究中心。平臺聚焦智能穿戴技術和設備研發，在醫療監護、運動監測和智能服裝等多個方面開展研究，在國內率先提出石墨烯對紡織纖維功能化改性的研究思路，重點開發石墨烯導電纖維、石墨烯導電紡織品等高品質石墨烯新產品，推動石墨烯在智能可穿戴、功能防護、健康醫療等領域的應用。
團隊近年來圍繞智能紡織品開發與推廣，主要著眼于導電纖維微結構連續化調控機制及電子紡織品智能化構型兩個關鍵科學問題，開展了系列基礎研究工作，并取得了些許成果。團隊在智能電子紡織品領域中基礎理論研究的突破，對推動智能電子紡織品領域的應用提供了理論基礎和指導，具有重要意義。
智能導電纖維具有柔軟、輕便、可編織等優點，打破了剛性電子器件的限制，然而，智能導電纖維內部結構復雜，其微結構難以調控及連續化制備，限制了智能導電纖維產業化應用。智能電子紡織品科研團隊2012年提出將石墨烯引入到紡織新材料的研究思路，提出“堿脫氧弱還原”和自由基接枝改性的高效分散方案，制備了石墨烯/再生纖維素復合纖維。針對傳統紡絲方法難以制備多元結構纖維的問題，提出了微流控與濕法紡絲相結合的創新思路，構建了可圖案化紡絲通道的微流控連續化紡絲體系（圖1，Carbon 2019, 152，106-113），揭示了微通道結構設計對纖維非對稱結構的影響機制，紡制了結構豐富、多元化的功能纖維，微流控纖維在200%伸長率下GF值達450，實現了智能導電纖維連續化構筑。微流控紡絲對智能導電纖維連續化構筑及微結構調控具有廣泛的適用性，為智能電子紡織品制備加工提供重要的技術支撐和理論指導。
圖1. 微流控紡絲凝固成纖的演化規律（a）微流控纖維結構調控，（b）微流控芯片及微流體，（c）不同結構纖維力學性能。
在高彈性電子導線方面，針對金屬導線剛性大、不可拉伸的問題，受蠕蟲爬行的啟發，團隊采用“預應力法”構筑了應變不靈敏性能的仿生結構高彈性導電纖維（圖2，Nano Lett., 2019, 199: 6592-6599）。研究了高彈性導電纖維表面的蠕蟲形褶皺狀石墨烯導電微層的演化規律，表征了超大形變（ε >815%）下高彈性導線的可逆電信號響應，分析了電信號響應不靈敏性質及影響規律，明確了滿足復雜形變中電信號傳遞的有效伸長區間，實現了應變不靈敏導電纖維在智能可穿戴中用作電信號傳遞的可行性，為柔性智能可穿戴的發展提供了新思路。
圖2. 應變不靈敏性能的仿生結構高彈性導電纖維（a）制備工藝示意圖，（b）SEM圖，（c）外力場作用下電阻變化，（d）與常規導電纖維電阻響應對比。
基于紡織結構設計策略，構筑了“電阻式/電容式一體化”全紡織基拉力/壓力雙感傳感織物。通過經典紡紗織造工藝，構筑了大形變（ε = 0~90%）包芯紗結構的電阻式拉力傳感器；結合三維織物構型設計，構筑了大壓力（0~110 kPa）下“三明治”結構的電容式壓力傳感器。系統研究了多尺度雙感知陣列結構紡織品的雙重傳感響應規律，實現了競技運動員動作與受力的同步監測（圖3，Nano Energy, 2021, 85: 105941）。進一步基于紗線狀柔性致動器驅動模型，制備了聚丙烯薄膜為主動層、錦綸長絲為被動層的紗線狀柔性致動器，并受植物蒸騰作用啟發，設計了一種基于紡織致動器的智能調溫織物，該織物可根據外界溫度環境自動調節皮膚溫度，可應用于智能調溫運動服（Nano Lett., 2021, 21, 19, 8126-8134）。
圖3. 雙感知電子織物（a）包纏紗結構拉力傳感器和電極織物制備，（b）跆拳道應用示意圖，（c）雙感知電子織物示意圖，（d）拉伸-電阻變化曲線，（e）壓力-電容變化曲線。