導(dǎo)語：

本文分享的研究成果大概是一句話：

一件普通的T恤突然能夠監(jiān)測你的心跳、呼吸，甚至識別你的運(yùn)動狀態(tài)。

韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的研究團(tuán)隊(duì)在《npj Flexible Electronics》期刊上發(fā)表的最新研究顯示，利用直接墨水書寫（DIW）3D打印技術(shù)，可以直接在各種織物上打印出功能完整的傳感器和電路系統(tǒng)。

這項(xiàng)研究的核心創(chuàng)新在于，研究人員開發(fā)出了一套完整的多功能墨水系統(tǒng)，能夠在單次打印過程中同時制造應(yīng)變傳感器、互連電極和溫度傳感器。

不再需要復(fù)雜的后處理工藝，也不用擔(dān)心不同材料之間的兼容性問題：

一臺DIW3D打印機(jī)就能搞定所有事情。

一圖勝千言：直觀展示技術(shù)概念

研究團(tuán)隊(duì)首先通過圖1清晰地展示了整個技術(shù)概念：利用商用DIW 3D打印機(jī)在各種織物基材上直接打印CNT-SBS應(yīng)變傳感器和銀片-PS互連電極。

這張概覽圖不僅展示了打印設(shè)備的工作狀態(tài)，還通過掃描電鏡圖像證實(shí)了墨水材料在織物上的均勻分布效果，為后續(xù)的性能分析奠定了基礎(chǔ)。

AM易道注意到，該研究對織物基材具有良好的通用性，無論是棉布、尼龍、聚酯纖維還是其他常見紡織材料，都能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的傳感器打印。

技術(shù)突破：讓墨水滲透有學(xué)問

研究團(tuán)隊(duì)的巧思體現(xiàn)在對墨水滲透機(jī)制的精準(zhǔn)控制上。

通過調(diào)節(jié)聚苯乙烯（PS）和甲苯的比例，他們可以精確控制導(dǎo)電墨水在織物中的滲透深度：

從10%的表面覆蓋到100%的完全滲透（如圖3所示）。

這種可控滲透技術(shù)帶來了一個非常實(shí)用的功能：

通過打印不同滲透深度的電極，可以在織物的兩面之間建立選擇性連接，實(shí)現(xiàn)類似于電路板中過孔的功能。

AM易道理解，你可以在織物的正面和背面分別布置不同的傳感器，然后通過中間層的導(dǎo)電通道將它們連接起來，形成一個完整的多層電路系統(tǒng)。

最讓人印象深刻的是應(yīng)變傳感器的性能表現(xiàn)。

使用多壁碳納米管（MWCNT）和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）共聚物制成的傳感器，在拉伸范圍內(nèi)表現(xiàn)出了11.07的高靈敏度系數(shù)，線性度達(dá)到0.99（如圖2所示）。

這個數(shù)據(jù)意味著傳感器非常敏感且穩(wěn)定。

當(dāng)織物被拉伸時，傳感器的電阻變化與拉伸程度呈現(xiàn)幾乎完美的線性關(guān)系（0.99接近滿分1.0），而11.07的靈敏度系數(shù)表示即使是很小的形變也能被準(zhǔn)確檢測到。

簡單說就是這個傳感器既敏感又可靠，不會出現(xiàn)測不準(zhǔn)或者數(shù)據(jù)跳躍的問題。

圖4全面展示了3D打印電極的機(jī)械和電氣性能。

這些電極在各種機(jī)械刺激下都表現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性。

在30%應(yīng)變的1000次循環(huán)測試中，電極阻值幾乎沒有變化；在50kPa壓力的1000次循環(huán)測試中同樣保持穩(wěn)定。

更有趣的是滲透程度對電極性能的影響：

滲透程度越高，電極的拉伸性能越好，最高可達(dá)115%的拉伸極限。

這種特性為設(shè)計不同功能需求的智能織物提供了更多選擇空間。

從概念到應(yīng)用：智能服裝的多種可能

研究團(tuán)隊(duì)并沒有止步于實(shí)驗(yàn)室測試，他們制作了多個實(shí)際應(yīng)用原型來驗(yàn)證技術(shù)的實(shí)用性。

在運(yùn)動監(jiān)測方面，他們將應(yīng)變傳感器集成到運(yùn)動服中，分別放置在肩膀、肘部內(nèi)側(cè)和膝蓋等關(guān)鍵部位（如圖5所示）。

通過監(jiān)測這些關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)變變化，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識別跑步、跳躍運(yùn)動和俯臥撐等不同運(yùn)動模式，甚至可以計算運(yùn)動次數(shù)和監(jiān)測姿態(tài)質(zhì)量。

更有趣的是呼吸監(jiān)測面罩的應(yīng)用。

研究人員將傳感器集成到緊身棉質(zhì)面罩中，能夠?qū)崟r監(jiān)測佩戴者的呼吸模式變化。

在30次跳躍運(yùn)動的測試中，系統(tǒng)清晰地記錄了運(yùn)動前平穩(wěn)呼吸、運(yùn)動中呼吸強(qiáng)度和頻率逐漸增加，以及運(yùn)動后逐漸恢復(fù)的完整過程。

最有趣的是智能手套的物體識別功能。

通過在手套的關(guān)節(jié)處安裝應(yīng)變傳感器，在指尖安裝壓力傳感器，整個系統(tǒng)總共集成了10個傳感器（如圖6所示）。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練后，這款智能手套能夠以98.32%的準(zhǔn)確率識別籃球、泡沫球、玩偶、玻璃杯、紙杯和筆等6種不同物品。

多層織物架構(gòu)：立體化的智能系統(tǒng)

AM易道認(rèn)為，這項(xiàng)研究最具前瞻性的部分是多層織物架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種三層智能手套系統(tǒng)：頂層集成應(yīng)變傳感器，中間層包含未連接的電極用于信號傳輸，底層集成壓力傳感器（如圖7所示）。

通過策略性地布置互連電極，系統(tǒng)能夠同時獲取應(yīng)變和壓力信號，實(shí)現(xiàn)在單一接觸點(diǎn)同時檢測多種物理量的功能。

這種設(shè)計思路為未來開發(fā)更復(fù)雜的多功能智能織物系統(tǒng)提供了重要參考。

值得注意的是，所有這些傳感器系統(tǒng)都表現(xiàn)出了良好的耐用性。

應(yīng)變傳感器在經(jīng)歷100次橫向摩擦測試后沒有出現(xiàn)材料轉(zhuǎn)移，保持了穩(wěn)定的性能。

更重要的是，這些傳感器具備可洗滌性，經(jīng)過10次洗滌循環(huán)后仍能保持重復(fù)性能。

3D打印工藝優(yōu)化

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來看，研究團(tuán)隊(duì)對DIW3D打印工藝進(jìn)行了系統(tǒng)性優(yōu)化。

打印質(zhì)量主要受噴嘴速度、擠出壓力、噴嘴直徑以及噴嘴與基材間距等參數(shù)控制。

對于應(yīng)變傳感器墨水，最優(yōu)打印參數(shù)為：

25G噴嘴，80kPa擠出壓力，10mm/s打印速度，噴嘴與基材間距比為0.6。

而對于導(dǎo)電電極墨水，則需要更高的擠出壓力（100-150kPa）來確保良好的導(dǎo)電性能。

研究還發(fā)現(xiàn)，織物表面粗糙度對打印質(zhì)量的影響相對較小，這意味著該技術(shù)具有良好的基材適應(yīng)性，可以應(yīng)用于棉布、尼龍、聚酯纖維等多種常見織物材料。

技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展前景

當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)。

AM易道過去的文章分享關(guān)于DIW打印技術(shù)在智能織物方面的研究層出不窮：

而其在高精度圖案制作方面存在局限性，主要受限于基材與噴嘴之間的固有間隙。

最大的問題還是分辨率。

目前實(shí)現(xiàn)的線條分辨率約為440微米，雖然足以滿足大多數(shù)智能織物應(yīng)用需求，但對于某些精密應(yīng)用可能還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

這類微噴+固化的3D打印技術(shù)顯然更適合精準(zhǔn)和多色彩的服裝應(yīng)用

另外，針對DIW打印，不同織物類型需要針對性的打印參數(shù)優(yōu)化，這在一定程度上增加了工藝復(fù)雜性。

但考慮到疊加傳感器這個角度，DIW能夠?yàn)槊總€用戶量身定制的智能傳感器陣列具有巨大的市場潛力。

畢竟傳統(tǒng)的智能織物制造通常需要多個步驟和不同的設(shè)備，而DIW技術(shù)能夠在單一工藝流程中完成所有功能組件的制造。

AM易道結(jié)語：

我們認(rèn)為，這項(xiàng)研究啟發(fā)的是智能織物制造從貼片式改造向原生集成的一種轉(zhuǎn)變。

當(dāng)3D打印技術(shù)能夠在織物基材上直接構(gòu)建完整的傳感網(wǎng)絡(luò)時，我們看到的不僅是制造工藝的簡化，更是整個可穿戴電子產(chǎn)業(yè)鏈的另一個分支。

當(dāng)然目前大規(guī)模應(yīng)用還早，技術(shù)屬早期，但AM易道認(rèn)為，隨著AI交互及具身智能的興起，智能衣物的技術(shù)和市場想象空間將被逐步釋放。

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