隨著數(shù)字信息化時代的到來，人們亟需一種智能系統(tǒng)，將智能設(shè)備集成到日常環(huán)境中，為人們提供多種便捷的服務(wù)。而生活場景的多樣化、復(fù)雜化還要求該系統(tǒng)能夠個性化、嵌入式、不唐突、隨時隨地可用。服裝作為人類的第二層皮膚，能夠增強人與環(huán)境之間的交流，是智能系統(tǒng)的理想載體。智能服裝不同于可穿戴計算機，其強調(diào)服裝的重要性，同時具有感知和通信的能力。雖然人們一直致力于可穿戴電子元件的微型化，但真正的智能服裝是可以通過將所有的元件轉(zhuǎn)化為全紡織材料來實現(xiàn)。人們喜歡穿紡織品，因為它們靈活、舒適、輕便、結(jié)實、耐洗。因此，在紡織品中嵌入電子功能的同時，有必要保留紡織品的特點，使織物原有的服用性能不會受到影響，這類紡織品和服裝的設(shè)計一直都受到國內(nèi)外研究者的高度關(guān)注，并已開發(fā)出多種智能紡織品。

隨著人們對智能紡織品需求的增加及納米技術(shù)、IT和微電子等技術(shù)的進一步發(fā)展，為智能紡織品開辟了多種研究領(lǐng)域。本文著重介紹了柔性多功能織物器件的重要進展，包括基于柔性織物的能量收集&存儲器件、變色器件、可變形器件以及先進的智能交互紡織品。最后，討論了智能紡織品的發(fā)展前景。

智能紡織品的重要進展

對于未來的智能紡織，它們應(yīng)該更加智能和獨立，以實現(xiàn)其功能的多樣性。太陽能電池、摩擦電納米發(fā)電機、熱電裝置等能量采集設(shè)備的發(fā)展以及鋰離子電池、超級電容器柔性儲能技術(shù)的提高，解決了紡織品的能源自給問題，使可穿戴技術(shù)領(lǐng)域得到進一步發(fā)展。2016年Chen等通過穿梭飛行的方式，研發(fā)出能夠同時收集太陽光能和機械能來產(chǎn)生電能的智能織物，如圖1所示。

一小塊紡織品提供的電力可以在1分鐘內(nèi)為2mF商業(yè)電容器充電到2V，直接給手機充電，甚至能夠以可穿戴的方式為電子表持續(xù)供電。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所沈國震教授所在團隊研制出一種長度可達(dá)1.2m的可編織線狀超級電容器，其可作為可穿戴的能量儲存單元并為個人電子設(shè)備提供電能，具有很好的應(yīng)用前景，如圖2所示。

顏色對自然和人類社會都非常重要。人們可以設(shè)計絢麗多彩的圖案和風(fēng)格，通過簡單而富有想象力的色彩組合來表達(dá)自己的情感和故事。近年來，隨著消費者對服飾美追求層次的提高，對服裝顏色的需求也正在由實用型向新奇型轉(zhuǎn)變。變色纖維材料借助現(xiàn)代高新技術(shù)，使紡織品的顏色或花型隨光照、濕度、溫度而變化，呈現(xiàn)出由常規(guī)的“靜態(tài)” 變?yōu)槿綦[若現(xiàn)的動態(tài)效果，如圖3所示。

變色服裝最早由美國國防部研制作為士兵的“隱形衣”，可以隨著周圍的環(huán)境而改變顏色，以模擬不同作戰(zhàn)地形環(huán)境的背景色，如圖4所示。此后，變色服裝逐漸應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如美國Clemson大學(xué)的研究將光纖與噻吩衍生物等變色染料相結(jié)合，實現(xiàn)了纖維顏色的自動變化。

可變形材料在受到磁場、電流、輻射、熱量和大氣等外界刺激時，可以可逆地改變其位置或形狀。21世紀(jì)以來，新型可變形材料在仿生器件、仿生技術(shù)、時尚裝飾等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，如形狀記憶高分子材料、合金材料、相變材料等。近年來，人們對基于紡織品的變形材料的研究取得了很大進展。如圖5所示，Carter S. Haines等通過巧妙的編織得到熱響應(yīng)性變形織物，能夠根據(jù)溫度變化改變孔隙率，增加穿著舒適性或保護應(yīng)急響應(yīng)人員免受高溫。筆者課題組研發(fā)了濕度敏感、可舒張卷曲的全氟磺酸離子聚合物（PFSA）薄膜，利用不均勻吸水膨脹的特性模擬了自然界中花瓣隨濕度變化呈現(xiàn)不同形狀的行為，并成功將其與旗袍結(jié)合制作出變形旗袍。

傳統(tǒng)的傳感器是一種能將非電量信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理的電信號并將其輸出的器件，通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路3部分組成。智能服裝和可穿戴技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得傳感器逐漸向柔性化、智能化、微型化和集成化的方向發(fā)展。圖6a介紹了搭載英特爾Edison芯片的Mimo智能嬰兒連體衣，其內(nèi)置溫度傳感器，可監(jiān)測嬰兒的呼吸、皮膚溫度、濕度和活動等，通過藍(lán)牙與手機連接后可查看數(shù)據(jù)，從而更方便照顧嬰兒。此外，以摩擦納米發(fā)電機與纖維傳感的技術(shù)結(jié)合則能提供自供能的實時監(jiān)測系統(tǒng)，在動作捕捉，老人摔倒預(yù)警等方面具有潛在應(yīng)用。

智能紡織品的發(fā)展前景

隨著業(yè)界和學(xué)術(shù)界對智能紡織品的興趣日益濃厚，預(yù)計智能紡織品領(lǐng)域?qū)^續(xù)擴大。表1總結(jié)了智能服裝技術(shù)的組成部分、智能服裝可以提供的服務(wù)以及應(yīng)用實例。智能服裝系統(tǒng)的各個組成部分，包括界面、通信、數(shù)據(jù)管理、能量管理和集成電路，被組合在一起，形成信息、通信、輔助、審美、情感等服務(wù)。

在未來，智能服裝的領(lǐng)域可能會從一個以功能為導(dǎo)向的系統(tǒng)擴展到一個不僅執(zhí)行穿著者的指令還關(guān)注穿著者的情感狀態(tài)的系統(tǒng)。它可以感知穿著者的感受，并通過改變形狀、顏色、氣味等來響應(yīng)情緒。

前邊討論的那些已經(jīng)上市的智能服裝產(chǎn)品主要在服裝中嵌入單一的服務(wù)或功能，未來智能服裝系統(tǒng)的研究將向外擴展，將各種服務(wù)或功能整合到系統(tǒng)中，生產(chǎn)出多功能的智能服裝系統(tǒng)。