柔性复合导电纤维在智能纺织品中的研究进展

2022-08-03朱诗倩谈伊妮刘晓刚

现代纺织技术 2022年4期

朱诗倩，谈伊妮，刘晓刚

(1.东华大学服装与艺术设计学院，上海 200050；2.江苏南京圣可尼服饰实业有限公司，南京 211135)

智能纺织品是将电子、计算机、生物、材料等高新技术融入纺织服装中，从而具有感知、反应和调节等功能，并延续纺织品自身属性的新型纺织品[1]。其特点是可以接收并响应外部刺激，以适应周围环境的变化。智能纺织品质地柔软、穿着舒适，且具有能量转化性能高、较易集成等特点，目前已在生物医学、医疗保健、清洁能源、军事、时尚等领域展现出巨大应用价值[2-5]，并成为高新科技公司与各大院校的研究热点。

目前，为适应可穿戴电子设备的发展、满足新时代用户需求，对智能纺织品及其相关材料提出了更高的要求。其中，导电材料作为智能纺织品研究的重点，如何在保持其优良电学性能的前提下，使其兼具较好的力学性能与人体舒适性，并实现导电材料在纺织品中的集成应用一直是学术界的热点问题之一。柔性导电纤维作为一维导电材料，可通过机织、针织、刺绣等成衣织造技术直接制备成智能纺织品，在集成性上具有先天优势。如今，通过对导电纤维的结构、材料、制备工艺等进行创新设计，研究人员已开发出多种新型柔性复合导电纤维，这些纤维不仅具有基材突出的力学性能，还兼具优良的电学、光学等特性，极大拓展了导电材料在智能纺织品与可穿戴电子设备等领域的研究前景。

本文回顾了柔性复合导电纤维在智能纺织品领域的研究现状，系统性地综述了柔性复合导电纤维的分类、制备方法，重点梳理了其在柔性传感、柔性储能等领域的最新研究进展，同时对柔性复合导电纤维发展的主要趋势和面临的技术挑战进行讨论及展望。期望推动柔性可穿戴设备的集成化发展以及纺织产业的智能化转型。

1 柔性复合导电纤维材料的分类

用于制备柔性复合导电纤维的材料品类众多，其中以金属纳米材料、导电高分子聚合物、纳米碳材料以及新型二维材料MXene为代表，在柔性智能纺织品领域发挥了巨大的应用价值。

1.1 金属纳米材料

金属纳米材料包括零维金属纳米颗粒、一维金属纳米线等。其中金属纳米线因具有良好的柔韧性和优异的电化学性能成为导电填料、导电薄膜的理想材料，常见的制备方法包括化学气相沉积法[6]、模版法[7]、水热法[8]、多元醇法[9]等。Ding等[10]通过光子烧结技术在聚氨酯(PU)上制备出柔性铜纳米线(CuNW)。CuNW具有出色的机械性能，在10%的应变下循环拉伸1000次后，CuNW的表面电阻仍维持在较低水平，可应用于柔性传感器、柔性热舒适纺织品的加热元件等设备中。相比铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)等金属纳米材料，银纳米材料兼具优良的导电性和高稳定性，且造价相对较低，是目前应用最广泛的金属纳米材料之一。Woo等[11]利用浸渍法在缠绕成螺旋状的PU基体上嵌入银纳米颗粒作为芯部，表面包覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层作为稳定剂，构建出具有高度可拉伸性的螺旋结构复合纤维，在100%应变下拉伸/释放10000次循环后，表面电阻无明显波动(小于7%)。Zhu等[12]利用毛细管的虹吸原理在PU纤维表面构建了均匀分散的银纳米线(AgNW)，得到的PU/AgNW复合纤维拥有出色的导电性(3.1 S/cm)和断裂伸长率(265%)。然而，以上方法仍存在生产工艺复杂、废液处理困难以及可控性欠佳等问题。因此，如何对生产工艺进行创新，实现金属纳米材料简便高效、低成本、可持续的规模化生产是未来重点转型方向之一。

1.2 导电高分子材料

根据导电机理不同，导电高分子材料可分为两大类，一类为本征型导电高分子材料，主要通过材料分子结构内部的共轭π键提供导电载流子实现导电性[13]，其性能随所搭载π键增多而加强。常见本征型导电高分子材料有聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)等，其中聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐) (PEDOT:PSS)不仅具有优异的导电性(室温下电导率超过1000 S/cm)与稳定性，同时兼具制备简便、氧化后呈透明等优势，在超级电容器、柔性传感器、发光二极管等领域发展潜力巨大。但在实际应用中，本征型导电高分子需借助掺杂剂来提高材料的导电性，长期稳定性较差，不利于规模化生产。

另一类是填充型导电高分子材料，原理是在柔性聚合物基体中引入导电介质，使材料内部形成导电通路以获得导电性，性能与导电介质的含量及分散状态相关。填充型导电高分子材料同样受到导电性能与拉伸性能难以兼顾的限制。针对这一问题，可将具有优良导电性的材料与弹性材料进行共混制备、改善导电填材分散状态、对材料表面形貌与内部结构进行重构。Teng等[14]通过原位聚合法制备了具有纳米多孔结构的AT-PEDOT：PSS/PPy复合纤维，导电性能优异(电导率为23.8 S/cm),作为纤维基超级电容器时拥有优异的体积比电容 393.8 F/cm3。Liu等[15]通过水热法制备了具有交联网状结构的还原氧化石墨烯(RGO)/PEDOT:PSS 复合导电纤维，图1展示了RGO/PEDOT:PSS复合纤维制备工艺示意[15]。PEDOT:PSS的引入避免了RGO层过度堆叠，H2SO4处理后使纤维表面脱水形成褶皱结构，大大提高了纤维的比表面积电导率，作为纤维基柔性超级电容器使用时具有出色的能量密度(10.68 Wh/kg)和良好的柔韧性(13.9%)。尽管填充型导电高分子材料在导电性、填材种类上有着诸多优势，但部分基体存在毒性，如何在保证低填料状态下提高其导电效率，并实现绿色生产是下一步研究的重点。

图1 RGO/PEDOT:PSS复合纤维制备工艺示意Fig.1 Schematic diagram of fabrication process of RGO/PEDOT:PSS composite fibers

除以上两类材料外，天然高分子材料因其来源广泛、生物降解性良好等优势为发展绿色柔性智能纺织品提供了新思路。Ye等[16]通过浸渍涂覆法将蚕丝纤维浸泡在碳纳米管(CNT)/六氟异丙醇(HFIP)导电涂料中，得到复合导电蚕丝纤维(CSFs)，HFIP起表面蚀刻作用，修饰后CNT涂层不易脱落，同时具有优异的导电性与机械性能，拉伸强度最高达801 MPa。通过加捻制成的导电纱线可直接由纺织技术(机织、针织、刺绣等)加工在织物上，用于制备柔性智能纺织品。Cai等[17]利用一种三元溶剂(CaCl2/C2H5OH/H2O)对蚕丝织物进行预处理，制得的PANI@TS-silk织物电极具有高面积比电容(4091.43 mF/cm2)，是未处理前的2.3倍。该织物电极同时表现出良好的稳定性，3000次充放电循环后电容保持率可达99.54%。未来，为顺应柔性电子器材多样化的发展趋势，导电性与其他特性(自修复、形状记忆等)兼备的多功能导电高分子材料将拥有广阔前景。

1.3 纳米碳材料

纳米碳材料从构成维度上主要分为零维(纳米碳球、富勒烯)、一维(碳纳米管、碳纳米纤维)以及二维材料(石墨烯)3类。随着纳米技术的发展，纳米碳材料凭借其良好的机械性能、电学性能以及生物相容性，已成为柔性导电纤维领域最受欢迎的材料之一，其中尤以碳纳米管和石墨烯为典型。

碳纳米管(CNT)是单层或多层石墨片以SP2杂化围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝圆柱管体[18]，可分为单壁碳纳米管( SWCNT) 和多壁碳纳米管(MWCNT)。其具有良好的电化学性能以及优异的稳定性，在柔性导电领域具有独特优势。但由于纳米碳材料存在压阻性能，电阻随伸长率增大而变化，为进一步提高其导电稳定性，Wu等[19]通过模拟攀缘植物的卷须结构，将CNT/PDMS复合纱缠绕在涤纶长丝上，制得具有高拉伸性(165%)、高稳定性的螺旋结构复合导电纤维。Chen等[20]将导电纳米材料均匀涂覆在氨纶表面，获得可拉伸性附和导电纤维，可应用于柔性传感器监测人体关节运动、面部微表情以及语音识别等领域。

此外，为解决导电涂层的不稳定性，谢晓旭等[21]以TPU纤维为弹性支架、SWCNT/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料为导电层制备出夹心结构的TPU/SWCNT-RGO/PU柔性复合导电纤维。其中TPU为保护层，将SWCNT/RGO导电网络封装在橡胶层之间，确保了拉伸过程中纱线和导电层的同步变形，使纤维在具有良好电学性能的同时兼具出色的稳定性和耐久性。

石墨烯是由碳原子以SP2杂化轨道组成的六角型晶格状二维纳米材料[22]，拥有良好的生物相容性、导电性和出色的机械性能、热传导性能，被认为是提升可穿戴设备柔性的理想材料。近年来，已有多项实验证明，如果在传统的功能性材料中加入石墨烯，不仅能提高原材料的实用性能，还能提炼出机械性能和电学性能更佳的石墨烯。Marriam等[23]将聚苯乙烯类热塑性弹性体SBS作为基材，多层石墨烯(FLG)为导电组分，通过湿法纺丝法制备出改性SBS-G纤维具有较高的电容性能(78 F/cm3)和拉伸稳定性，在2000次拉伸循环后仍有94%的电容保持率。Huang等[24]利用石墨烯/聚偏氟乙烯(PVDF)制备出高分子纳米球修饰的石墨烯多孔纤维，其灵敏度因子在0～5%，最大拉伸循环大于6000次，可用于人体生理信号的监测。

此外，石墨烯衍生出的氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)等材料具有丰富官能团，作为高性能增强体可提高复合材料电学、力学等多方面性能。Zhu等[25]以钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒为芯部、GO掺杂的PVDF纤维为压电聚合物，通过静电纺丝法构建出有机-无机混合同轴结构的压电纳米纤维，纤维具有较好的导电性和耐久性，其织物能与人体曲面紧密贴合，在电子皮肤、关节运动监测、触觉传感等领域具有良好发展潜力。

1.4 其他材料

除上述3类常见材料外，近年来，过渡金属碳化物/氮化物(MXene) 作为新兴二维功能性材料已在多个领域崭露头角，MXene与各类基材结合形成复合导电纤维实现智能纺织品在储能、传感、加热以及电子信息领域的应用如图2所示[26]。这种新材料具有二维层状结构，由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成，独特的层状结构赋予其优异的导电性、热稳定性和良好的生物相容性。Ti3C2Tx是目前研究最广泛的MXene材料之一，表面带有—O、—OH、—F 等官能团，具有极佳的导电性(10 000 S/cm)和力学性能，目前作为电极材料普遍应用于导电纤维的制备与研究中。

图2 MXene与各类基材结合形成复合导电纤维实现智能纺织品Fig.2 MXene combined with various fibers to form composite conductive fibers to enable smart garments

然而，纯MXene机械强度较差，制备和应用过程中易产生片层堆叠，且易被氧化，极大地限制了其在可穿戴智能纺织品领域的应用。为了改进其性能，研究人员尝试将MXene与其他类型材料复合进行制备。如Pu等[27]将亲水性聚氨酯基纤维(HPUF)作为可拉伸基材，依次将AgNW/PU层和MXene层装饰在HPUF上，得到的复合导电纤维具有出色的应变传感性(GF=1.6×107)、可拉伸性(100%)以及拉伸回复性(大于1000次循环)，并以此为基础制备了纤维状MXene应变传感器，用于人体坐姿传感器。Seyedin等[28]利用湿法纺丝法，将质量分数 1.0% 的MXene与聚氨酯(PU)纤维掺杂后纺丝，形成同轴结构的MXene/PU柔性复合导电纤维，该纤维显示出高导电性(392 S/cm)、高拉伸性以及出色的拉伸回复性(>1000次)，将MXene/PU纤维编织成的纺织基应变传感器可用于人体运动的监测，在针织物状态下感知应变可达200%。

2 柔性复合导电纤维的制备方法

随着导电纤维的发展，针对纤维的不同性能及应用，研究人员已开发出多种制备方法。目前，主要采用纺丝制备法和表面处理法两大类方法来获得柔性复合导电纤维。

2.1 纺丝制备法

纺丝制备法即通过熔纺纺丝、湿法纺丝或静电纺丝等纺丝技术制造导电纤维的方法，可分为掺杂纺丝法和复合纺丝法两大类。顾名思义，掺杂纺丝法就是将导电材料进行掺杂后均匀分散在聚合物之中，再通过纺丝技术加工成复合导电纤维的纺丝法。如Qi等[29]利用超声处理碳纳米管得到均匀分散纤维素/CNT分散液，再使用湿法纺丝工艺开发得到导电性可调(4.3 ×10-3～1.0 S/cm)的柔性纤维素/CNT复合导电纤维。这种制备方法操作简便有效，但往往因导电材料在聚合物中分散不佳、界面结合强度低等因素，导致纤维机械性能的缺陷，同时对纤维的导电性能也有所限制。因此，开发更稳定有效的掺杂剂是掺杂纺丝法的一个重要方向。

复合纺丝法是将两种或两种以上的不同纤维的熔体(溶液) 分别通过各自通道，于喷丝板处汇合成复合熔体(溶液) 流，沿轴向排列后从同一喷丝孔中喷出的纺丝法[30]。常见的复合纤维有皮芯型、海岛型、并列型等结构，制成的导电纤维呈轴向连续分布，相较于掺杂纺丝法而言更加有利于电荷的逸散，因此具有更稳定、更出色的导电性。同时，因导电填料被包裹在纤维内部，纤维的耐磨、耐腐蚀性将得到进一步提升。常见的导电填料包括金属粒子、金属化合物、碳纳米材料、导电高分子化合物以及新型复合粒子等。不同导电填料复合纺丝制备导电纤维的性能与评价见表1。

表1 不同导电填料复合纺丝制备导电纤维的性能比较Tab.1 Comparison of the properties of conductive fibers prepared by component spinning with different conductive fillers

2.2 表面处理法

表面处理法是指将基质纤维通过浸渍涂覆、镀层、共聚接枝等技术处理后，在其表面形成导电物质沉积，或形成能够用于导电薄膜制备复合型导电纤维的方法。与纺丝制备法相比，表面处理法具有更好的导电性，但稳定性与持久性稍弱。

浸渍涂覆法通常利用浸涂[36]、喷涂[37]、沉积[38]等方法在纤维表面包覆导电物质来获得导电性。典型导电涂料有CNT、AgNW等。如Cheng等[39]将AgNW均匀浸涂在螺旋弹簧状棉氨纤维表面，再包覆PDMS，获得的复合导电纤维同时具备高电导率以及出色的可拉伸性，应变为0时，其电导率为 4018 S/cm，在拉伸500%后，电导率仍高达 688 S/cm。浸渍涂覆法工艺简易、成本低廉、生产效率高，适合大批量生产，但后期织造、实际使用过程中易受外力摩擦使得表面的导电层脱落，导电性能下降，因此在稳定性和耐久性上仍需改进。

镀层法是通过电镀[40]、化学镀[41]、磁控溅射[42]等方法在纤维表面形成导电层的方法。较之涂覆法，镀层法成本偏高，但可精确控制镀层膜的厚度，制得的复合导电纤维更加稳定耐用。镀层法的主要限制因素在于其工艺成本较高、能耗偏大、废料处理难等。在实际生产时，常需配合后加工整理工艺，规模化生产效益较低。

共聚接枝法是指在大分子链上通过结合支链或功能性侧基后得到改性纤维的方法，利用此法可制备出具有附加性能的纤维。孙显强等[43]首先在镀镍棉纱外包覆一层聚丙烯腈(PAN)纳米纤维，再将PEDOT:PSS接枝在纤维表面，得到的复合导电纤维作为电极时质量比容量达28.75 F/g，电化学性能显著。表面处理法制备复合导电纤维的优缺点比较可见表2。

表2 表面处理法制备复合导电纤维的性能比较Tab.2 Comparison of the properties of conductive fibers prepared by different surface treatments

3 柔性复合导电纤维在可穿戴智能纺织品中的应用

作为智能纺织品的研发核心，柔性复合导电纤维凭借其质轻、舒适、易于织造等特点在智能可穿戴领域拥有巨大优势。目前主要应用于柔性应变传感器、柔性超级电容器、柔性纳米发电机等领域。在未来，智能纺织品将不仅仅局限于单一功能，功能集成化的可穿戴电子设备将成为下一阶段的研发重点。

3.1 纤维基柔性应变传感器

柔性传感器是附着于人体皮肤或组织上的监测装置,可以连续监测人体或环境释放的生理、物理化学信号，并将其转换为电信号。其结构形式灵活多样，具有良好的柔韧性与延展性，是目前柔性可穿戴设备发展最成熟的技术之一。其中，纤维基柔性传感器可利用编织、针织、刺绣等纺织技术将导电纤维直接构建为柔性电子元件，有效改善了传统柔性电子器材与纺织品之间的集成与连接缺陷，为高性能、智能化柔性电子设备的研制提供了新思路。

Yan等[44]利用CNF纤维及其织物构建得到应变传感器，将TPU与碳/石墨烯复合纳米纤维纱复合，在4根纱线并列、基板厚度为185 μm时，所得应变传感器的敏感系数为403，且稳定性优良。但其最大拉伸应变率仅为2%，且机械性能较差。针对纤维基柔性传感器拉伸性能较差、机械性能较低以及灵敏度不足等问题，研究人员主要通过引入柔性基材、仿生结构设计、形貌结构设计等手段进行改良。

Souri等[45]利用超声涂层方法，在亚麻纤维表面涂覆石墨烯纳米片(GNP)和炭黑(CB)，将制得的复合导电纤维作为应变传感器时，伸长率高达60%，同时兼具较高的灵敏度与稳定性。此外，为使传感器的灵敏性和拉伸性达到平衡，Tang等[46]将MWCNT分散到有机硅弹性体溶液中，利用湿法纺丝制备出芯鞘结构的碳纳米复合纤维，应用于柔性应变传感器时具有优异的导电性、可拉伸性(大于330%)、出色的稳定性(大于10000次循环)以及灵敏度。可应用于监测人体呼吸和喉部、关节等部位的细微运动。Wang等[47]利用干法纺丝制备出具有皱褶结构的可拉伸金纤维，进行表面改性后构建出纤维基乳酸生物传感器，用于无创监测汗液中的葡萄糖和乳酸浓度，具有高稳定性、高灵敏度以及较好的可拉伸性(100%)，是目前可拉伸性最高的可穿戴乳酸生物传感器之一。此外，纤维状结构使其可与日常服装、服饰产品较好集成以实现舒适穿着。

3.2 纤维基柔性超级电容器

超级电容器的原理是通过高表面积的电极材料和薄介质实现比传统电容器更高的电容[48]。柔性超级电容器主要由柔性基底、电极材料和固态电解质3部分组成。与传统平面型超级电容器不同，纤维状柔性超级电容器具备独特的一维结构具有良好的灵活性、与人体贴合度更高，可满足可穿戴设备微型化、集成化、柔性化的要求。

柔性超级电容器可分为双电层电容、赝电容以及混合型电容3种储能机理[49]。其能量密度主要由电极的比表面积决定，因此，电极材料的开发是柔性超级电容器发展的重中之重。目前以碳基材料、金属氧化物、导电聚合物以及多元复合材料等为典型。碳基材料通常具有较高的比表面积以及力学稳定性，Cai等[50]通过电化学合成法将PANI沉积到碳纳米管纤维表面，制备了PANI/MWCNT复合导电纤维，并将其与另一碳纳米管纤维进行加捻组装，构建而得的纤维基柔性超级电容器具备出色的质量比电容(274 F/g)和面积比电容(263 mF/cm2)。然而，由于在制备过程中受到加捻作用，导致超级电容器易产生物理形变、发生断裂。针对这一问题，Pu等[51]分别通过化学镀层法和浸渍涂层工艺将金属镍和氧化石墨烯沉积到聚酯纤维表面，得到复合导电纤维后将两根纤维并列排放，涂覆聚乙烯醇/磷酸(PVA/H3PO4) 电解质后组装成柔性纤维基超级电容器，其比电容值可达72.1 mF/cm2，储能性能优异；经历10000次拉伸后仍能保持96%的电容性能。然而其能量密度不足，应用时具有局限性，为提高纤维状超级电容器的能量密度，Zhang等[52]利用自组装液晶相水性MXene油墨通过湿法纺丝得到的导电纤维电导率可达7750 S/cm，远高于纳米基纤维，同时具有高体积电容(1265 F/cm3)，在柔性超级电容器和热舒适性织物的加热元件等领域均展现出不俗的发展潜力。

尽管纤维基柔性超级电容器已在不同展现出庞大的应用潜力，但整体仍存在能量密度偏低、使用寿命短暂等问题。未来，如何优化电极材料、提升其循环稳定性仍有待研究人员进一步深耕。

3.3 纤维基柔性纳米发电机

纳米发电机是一种新型自供电装置，目前已开发出压电式、摩擦式、热电式、静电式以及混合式等多种形式的纳米发电机，图3为基于不同发电原理的纤维基纳米发电机示意[53]。其中压电式纳米发电机(PENG)与摩擦式纳米发电机(TENG)具有输出电压高、体积小、成本低且环境友好的优势，是目前较为成熟的技术。

图3 基于不同发电原理的纤维基纳米发电机示意Fig.3 Fiber-based nanogenerators based on different active mechanisms

PENG的原理是利用发电机所处环境中的机械能使压电材料发生形变，压电效应下材料表面产生电势差，从而使机械能转换为电能。因此，压电材料是制备PENG的关键，常见有氧化锌(ZnO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、钛酸钡(BaTiO3)等。但单一材料的压电常数通常偏小，大大限制了PENG的实际应用。为突破材料压电性能，Mokhtari等[54]利用多种材料的协同效应开发出一种新型复合PENG，通过在镀银尼龙纱线外包覆12根PVDF纤维，分别作为内电极和压电层，在此基础上包覆镀银尼龙纱线作为外电极，构建出具有三轴结构的纤维基PENG，功率密度达29.62 μW/cm3，其性能相比纯PVDF基PENG具有显著提升。

TENG利用摩擦起电和静电感应的综合效应来收集转换机械能。纤维基摩擦纳米发电机在传统TENG的优势上更具微型化、柔性化等特点，在实现柔性可穿戴设备的集成化发展上有着显著优势。其主要包含缠绕型、同轴型以及混合型3种设计结构。Yu等[55]将承担导电作用的不锈钢(SS)纤维作为芯纤维，并将具有介电性的纤维旋转缠绕于SS纤维上，形成具有螺旋缠绕结构的TENG。Ning等[38]采用浸涂法在氨纶纤维上有序沉积AgNW/CNT导电材料，用PDMS封装后构建出具有高拉伸性(140%)的同轴结构纤维基摩擦纳米发电机，可用于发展电子皮肤、监测人体正常运动。

输出功率较低是阻碍TENG投入实际使用的一大难题，目前，多通过优化材料表面形貌结构来达到提高表面电荷密度以及增大摩擦接触表面积的目的。Chen等[56]将基于 P(VDF-TrFE)/BaTiO3纳米复合材料的压电纳米发电机进行微柱结构化设计，制成了一种具有分层微纳米结构的SiO2/P(VDF-TrFE)复合薄膜并应用于可拉伸TENG，产生的最大瞬时输出电压约为170 V，电荷转移密度为24 nC/cm2，相对于原始P(VDF-TrFE)块状薄膜提升了3倍。

除TENG和PENG外，一些新型纳米发电机的开发为智能纺织品的跨领域、多功能、集成化发展提供了新的灵感。Ding等[57]通过连续交替挤压SWCNT和PVA凝胶开发出一种SWCNT/PVA 热电纤维，可将人体热量转化为电能。此外，通过不同配置方式，这种p/n型热电纤维编织成的织物可集成到其他可穿戴系统中，并实现包括多像素触控、能量收集在内的多任务处理。Sun等[58]利用静电纺丝技术制备出可拉伸的织物基湿气纳米发电机，发电电压最高可达1.1 V，其原理为多孔纤维膜内部由于水分渗透产生的离子浓度差与湿气流驱动的流动电势的双重作用，除供电外，该湿气纳米发电机还可用于自供电呼吸监测、发电腕带、风速检测和触摸检测等多功能应用。

尽管各类纳米发电机已取得丰富的成果，但在独立使用时，其输出性能受到一定限制。为提升纳米发电机的能量采集效率，利用不同种类纳米发电机进行复合设计构建出混合式纳米发电机是该领域未来发展的重点之一。

3.4 其他柔性电子设备

除传感器、超级电容器和纳米发电机外，智能纺织品还包括显示器、存储设备、通信单元等不同功能的电子设备。随着可穿戴智能纺织品向多功能、集成化电子信息纺织品发展，集显示、传感、信息处理、能量存储等功能一体化的高性能智能纺织品将为行业带来全新变革。Shi等[59]利用交变电场原理构建了一种大面积智能显示织物，其结构与应用如图4所示。研究人员将具有高透明度的PU复合纤维作为导电纬线，涂覆硫化锌(ZnS)的镀银导电纱作为发光经纱线，编织后可在经纬纱接触点上形成电致发光单元，经电场激发可实现有效发光，平均其亮度为122 cd/m2，与商用显示器相当。这种柔性智能显示织物具有良好的拉伸性能和可洗涤性，可针对不同应用场景(导航、通讯等)，设计出多功能的集成纺织品显示系统，未来将在交互式导航、可穿戴通讯、生物医疗等领域展现出巨大的应用潜力。