介绍
智能材料于 1989 年以形状记忆丝纱的形式首次在日本推出，第一个纺织电子半导体元件于 2000 年代初期生产。1电子纺织品由编织半导体制成纺织品（非电子产品），也可以与非纺织物质层压以开发电子产品（非纺织产品）；智能电子纺织品（SET）将影响现代工业的整个概念，它们分为被动（感知环境条件）、主动（感知并对环境条件做出反应）和超智能纺织品（感知、反应并适应环境） 。

导电服装、电子服装、软电路和电子集成纺织品是电子纺织品的例子；电子纺织品有时用于可穿戴用途，例如工作、运动和健身以及医疗和保健用途；或用于非可穿戴用途，例如室内设计。2 , 3多项研究旨在帮助电子行业更好地设计和生产具有柔软轻质纺织结构的组件和设备，以用于不同的系统4设计与纤维、线/纱线、织物和服装的智能交互。

智能纺织品弥合了交互性和互连性之间的差距，5它们会对外界刺激做出反应，但不一定具有像热致变色和光致变色织物那样的电子元件；6 – 8它们可以通过纳米技术、嵌入式系统和无线通信技术来开发并创建混合系统；9它可以通过制造商、服装供应商、面料工厂和纱线供应商选择的路径在纺织品、织物和纤维复合体的主要组成部分之间传输信息，10 图 1。它们对第四次工业革命产生了深远的影响，并形成了物联网（IoT）的重要一步；例如，在织物上丝网印刷电致发光矩阵显示器，以及能够操作电致发光显示器并实现良好可视性的集成驱动电子设备的设计和构造。11

商业化的基于纺织品的可穿戴设备，例如小型计算机，是用特殊的导电线、缝制或涂在织物上的油漆制成的。12可穿戴纺织品是纺织科学、电子学和计算机技术协同结合产生的一个新分支，不需要人类的参与，图 2。13 – 15自动化可用于编织可穿戴纺织品（图3），使用机械臂可以实现最少数量的纱线和线圈。16

SET的制备方法及连接技术
电子纺织品主要分为两种类型，一是新型纺织电子（纺织品内部或表面的纳米或亚微米结构），二是微电子或MEMS器件的集成（混合电子），17关于用于制造柔性导体的材料创建织物电路的主要挑战之一是材料选择。
需要一种新颖、可扩展且经济的制造方法来有效地集成纺织电子系统的各个部分；表1显示了功能性纺织品17的制造方法，例如源自电子连接和封装技术的1D纺丝、2D改性和3D构造。18 – 22要设计具有针对特定应用的成熟功能的电子设备，集成至关重要；因此，需要将具有相同功能或不同功能的电子设备集成在一起，以使产品更加易于管理和便携。例如，纤维状超级电容器构建在柔性聚合物纤维上，以串联相邻的单个电容器，23信号线应能抵抗环境参数和机械应力。

传输纺织线可以是直接以导电线、 24根机织、针织和无纺布中的导电纱线的形式实现的导电传输线；在织物上套印导电介质；将导电介质喷涂或以其他方式沉积在织物上；或者使用缝纫或刺绣方法结合导电路径。25输电线路的设计和实施存在一些困难，例如耐机械应力和清洗以及环境条件的变化。

导电纺织材料的电性能通常通过确定纺织基材的电阻、电导率、表面电阻或薄层电阻以及 EMS（电磁屏蔽）来表征。27
压阻智能纺织品经过实验量化并确定足以完成分类任务；28一种新的 RFID 设备在带有 RFID 接口的 textronic 结构中实现，以便将应答器分成两个独立制造的组件。

智能电子纺织品作为可穿戴技术
电子纺织产品的种类极其广泛，从服装到床上用品和工业织物，随着该技术领域的不断探索，新产品不断出现在各种垂直领域。
许多智能服装、可穿戴技术或计算项目都涉及电子纺织品的使用；它们将环境因素（温度、光、化学物质和湿度、PH）和执行器（机械力和电磁场）结合成响应（颜色、光强度、荧光、形状）；或机械、电、热、化学和润湿特性。30由于软机器人技术的柔软性、透气性和生物相容性，可穿戴电子纺织品吸引了越来越多的吸引力，从长远来看，它们具有持久性和可穿戴性。31
臀肌可以通过定制的自适应服装设计为可穿戴的预防性压疮系统。32个Android应用程序可以控制一件夹克，具有15种功能；分为七组，包括国防、体育、健康、医疗、妇女和儿童安全机制，这15项功能中有4项，其中33项具有太阳能和能量收集技术，利用体热和脚动能源产生电力。34除了软机器人技术（控制机器的软系统和补丁）之外，还存在35教育（电子绣花书籍）和时尚应用以及测试或资格标准。

现代智能电子纺织品展现了现代功能性纺织品在智能领域的革命；38它们提供智能功能，并使用与智能手机或平板电脑的连接来借用计算能力。传感器和计算机灵活、轻便、易于佩戴，甚至在电子纺织品中很流行，隐形电路可以给佩戴者一种谨慎的感觉，因为大多数电路都嵌入在纺织品中（图4）。在商业上，已经形成了三代纺织可穿戴技术，从将传感器附加到服装上（阿迪达斯和耐克），到将传感器嵌入到服装中的产品（三星和Alphabet），最后以服装为传感器（集成显示）纺织品）。39

智能电子纺织品和现代技术
反应性、自驱动或自适应纺织品是非电子纺织品；电子纺织品需要计算机和电池，40它们拥有从制造到纱线或导电墨水，再到传感器等组件（1D 滑动传感器（纤维）或 2D 触摸板传感器（机织织物））的价值链。41 , 42电化学可穿戴汗液传感器需要进行校准，以制备基于电化学检测方法的非酶传感器，成本低、稳定性好、性能好。43与可穿戴技术不同，电子纺织品和智能纺织品不需要印刷电路板或其他笨重的硬件组件，因为传感器和电路直接集成到服装中。Texttronics 是纺织工程的一个跨学科分支，专注于纺织机械与电子和电气工程系统的集成，包括纺织、电子、计算机科学的组合，21它们与其他领域已经使用的类似。44 , 45在织造厂局域网系统的开发中，数据处理块收集多种数据，作为数据库管理系统处理生产管理数据、质量控制数据、机器调整数据和纺织管理数据。

在现代电子纺织品系统中，可以通过实现过程的随机特征或通过模型因素的平均确定来实现减少偏差。47模拟结果的验证可以通过与真实工厂行为进行比较来实现，作为详细的预测模拟。48许多研究致力于从创意设计过程中生成基于计算机的规范；布料铺展、裁剪和图案匹配；半自动和自动缝纫；自动整理和包装；以及用于制造针织毛坯的自动化方法。20 , 46纺织工业的重要性包括3D打印和编织；编织和智能编织系统/应用程序；纱线纺纱补偿；纹理化；纺纱：测量自动化和诊断、基于知识的专家系统；自动化纺织品制造和组装；和服装制造。21例如，根据不同物理特性及其对布料质地影响的研究，设计并实现了织物触感测试仪装置，包括压力、表面和热三个单元（图5）。50

在智能材料市场，智能材料的主要用途是工业、国防和航空航天、汽车、消费电子、医疗保健和其他（土木工程和零售；这将用于不同的应用，例如传感器、执行器和电机、传感器、结构材料、涂层。一些商业化的智能纺织品具有相对较低的成本，例如（智能手表 - 腕带）。50智能电子纺织品可以成为商业上成功的一代高科技产品，图 6。

智能电子纺织品的传输与通信
在经典电子学中，使用导电和半导体材料，例如金属纤维与编织或缝制的纺织纤维混合。在现代电子材料中，有机电子材料是半导电的，并且被设计为完全兼容纺织制造的油墨和塑料，完全不需要金属；51例如纤维上的有机太阳能电池。34 , 52
纺织信号线的开发应能抵抗环境因素、纺织中的机械应力（图7）；选择正确的纺织传输线取决于特定应用、频率范围、生产成本等。

电子纺织品的组件是导电的、互连和通信互连、电线或天线，在组件、电子传感器和执行器之间传递信息和电力。它们可以连接到计算机或中央处理单元；用于生理和环境监测的印刷传感器可以集成到棉、gore-tex 和氯丁橡胶等纺织品中。

热粘合导电织物被认为可以实现纺织电子电路，这是通过基于激光的方法开发的。55物理气相沉积技术的基材清洗是预备工序之一；当用激光技术对纺织复合基材进行改性时，与在未改性基材上产生的结构相比，层的电阻有所增加，影响银结构的表面电阻。56表 2列出了用于可穿戴电子纺织品开发的电子设备/技术的主要类别，它们已集成到电子纺织品中。57由于织物中的纺织电子元件的高模量和密度，它们之间的额外连接是一个挑战。

纺织服装计算机技术
纺织服装计算机技术有很多领域，表3；58很多商业产品现在遍布市场。最近，基于纺织品的可穿戴电子产品吸引了许多高科技公司和研究人员在这个充满挑战的领域投入时间和资金。研究人员开发出了将电子器件集成到纺织品中的新技术。成熟的智能电子纺织品有望在纤维层面拥有更多电子功能；这将有助于进一步消除与纺织电子产品的耐磨性和耐洗性相关的问题。

人工神经网络（ANN）形成了一种随机和启发式工具来学习因素及其响应之间的关系。训练后，网络能够根据新的自变量集预测响应值，并根据其训练经验给出响应。用于预测纱线工艺因素的程序流程图。60用于预测机织织物传热性能的人工神经网络建模和模糊逻辑方法具有许多优点60例如将模糊的人类描述翻译成模糊语言变量、将人类专家知识翻译成生产规则、自动提取知识以及高效的运行时性能。使用图像处理程序提供识别和发送信息的算法；带有可见充电宝口袋的手套分两个阶段进行；第一个重点是验证张力弯曲传感器的操作，第二个重点是验证方向传感器的指示。61软计算在纺织行业中占有一席之地，软计算的主要特点是能够逼近各种现实世界的系统；对不精确、部分事实和不确定性的容忍。62RFID标签可用于洗衣机管理系统，根据读取与衣服集成的RFID标签提供的数据支持决策，洗衣设备与云计算集成，基于唯一标识符进行服装管理的标签。

防辐射材料和智能纺织品
通过绿色处理，可以获得具有阻挡紫外线、抗菌、自洁、防水等多功能的纺织品，成为智能纺织品。它们可以检测光、pH、温度、极性溶剂、化学品和电并对其做出响应。在安全性方面，通过掺入纳米金属有机框架（n-MOF）制备了抗紫外线辐射（UVR）纺织品基质（棉和丝），该框架在改性后表现出完全的UVR阻挡能力。洗涤后的样品显示出非常好的粘连率，支持良好的洗涤耐久性。66

人体对紫外线辐射的反应不同；除了紫外线照射对人体健康有一些好处外，电磁辐射对身体也有很多弊端。67世界卫生组织 (WHO) 和欧盟关注暴露在有害紫外线辐射风险下的工人。紫外线对身体有积极作用，如产生维生素D、治疗一些皮肤病、改善人的情绪、紫外线作为消毒因子。另一方面，紫外线对身体也有负面影响，如皮肤癌、晒伤、免疫系统受损、眼睛受损、皮肤老化等。

大多数研究人员未来的目标是使用有机和无机紫外线吸收剂来阻挡紫外线并提高成品纺织品的耐洗牢度。67荧光织物采用稀土金属化合物、颜料、聚集诱导发射 (AIE) 分子、树枝状聚合物和荧光染料（香豆素、萘二甲酰亚胺、苝和罗丹明）设计。
荧光织物和创新（例如基于织物的电子图像显示器、安全条形码、传感器）为户外运动和武装部队、时尚和潮流中的特殊服务中的人类安全增加了价值。68一些研究人员使用纳米粒子来阻挡紫外线辐射，因为纳米粒子本质上无毒，与人体皮肤非常相容，并且在高温和紫外线区域化学性质更稳定。69 机织物或针织物的紫外线防护系数比其他织物具有更高的覆盖系数；随着波长的增加，观察到针织物结构，导致 UVA 区域的防护水平降低。

纳米材料和智能纺织品
随着纺织工业中工程纳米颗粒（ENP）和工程纳米材料（ENM）产量的增加，金属纳米颗粒对许多工业部门来说意味着巨大的繁荣。现代纺织品与太阳能电池技术的结合为纺织品、半导体以及现代电子纺织品行业开辟了新的视野；71通过使用光子晶体、发光二极管显示器等，除了用这些纳米材料改性的纺织品外，新一代纳米技术在发光、色彩、全息术方面在智能纺织品和时尚业中发挥着重要作用在伤口愈合、空气净化、药物释放/输送、化妆品、能量收集和存储、传感、可再生能源发电和电子应用（例如体内二极管、晶体管和电路的制造）方面具有潜在的应用。72纳米材料可以以可持续的方式、抗菌、抗紫外线、导电、光学、疏水和阻燃等特性（表 4）。

基于纳米材料的智能设备现在也与纺织品集成，以执行各种功能。73已使用的材料包括聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、Au、Ag、Pd、Cu、Si、CuO、ZnO、碳纳米管、TiO2、壳聚糖、MXene 和氧化石墨烯纳米颗粒。73、74摩擦纳米发电机在 65 μA 时表现出 120 V 的输出电压，即使经过 120,000 次循环后也没有明显的漂移，这表明它们的稳定性。

环境控制必须是安全、可回收和气候中性的纳米纺织品的生产。最常见的纳米技术研究是抗菌纺织品、纺织品的疏水性和疏油性、抗紫外线纺织品、纺织品的抗静电性能、导电纺织品、纺织品中的光子学、与智能纺织品相关的颜色可调光纤、纺织品传感器的环境和健康问题，以及基于织物的摩擦纳米发电机和囊周神经组。75 , 76新兴和新发现的健康风险科学委员会报告称，尽管纳米材料本身并不危险，但纳米材料的安全性在许多方面仍存在科学不确定性，因此必须针对具体情况进行安全评估视具体情况而定。

在能源部分，已经报道了许多应用，例如纺织品的能量存储、通过纺织品收集用于电子应用的人体能量、纺织品的生物力学能量收集、人类衣服的生化能量收集、纺织品的太阳能收集、纺织品的混合能量收集。78 , 79它提出了在构建预防措施方面进行更多创新的要求，例如具有智能和智能功能的口罩-呼吸器。只有融入纳米技术、机器学习、数据分析和人工智能 (AI) 等现代技术才能实现这一目标。80智能口罩呼吸器 (FMR) 的示意图与通过智能手机驱动的光学化学传感器集成，用于监测低至 140 ppm 的微量空气中二氧化碳，使用寿命为 8 小时。

智能电子纺织品应用
现代导电纺织品使用导电聚合物纱线和金属纱线来测量呼吸频率，或使用光纤作为纺织品传感器来测量呼吸节律。85通讯服装可用于公共安全、警察、消防员和机场服务人员的主动制服、居住公寓的内部装饰以及汽车工业（例如内部警告屏幕）。86在医疗领域，有一种定期测量佩戴者心率并与智能手机应用程序配对的衬衫，以及小巧、轻便、时尚的可穿戴医疗设备，其目标是监测血氧并向医疗人员发送警报自动组队。

许多电子纺织品和智能纺织品科技公司已经开始推出新型高科技先进电子服装，例如一条可以根据用户的步速、姿势和运动水平提供正确跑步方式提示的短裤，或者一个儿童背包出于安全目的，它结合了 GPS，表 5。对于太空服、音乐夹克和可穿戴计算机来说，它们都是超智能材料，可以感知外部条件、做出反应、做出反应和采用。43除了根据穿着者的状况、外界温度或季节改变颜色或图案的服装和配饰外；以及内衬上印有加热元件的冬季派克大衣。

基于可涂漆碳纳米管涂层的智能电子纺织品可从快速、精确且易于使用的诊断中获益。87新兴可洗智能电子纺织品，用于减少迫在眉睫的电子垃圾 便携式传感、能量收集和医疗保健领域引发了可穿戴纺织电子产品的巨大进步。88其他人重点检查用于各种类型传输的纺织天线的电气和几何因素的质量和可重复性，包括恒定环境条件下的连接。89创新智能电子纺织品可能是一个很好的解决方案，利用光伏电池来测试太阳能电池板与纺织品的结合使用。

纺织品的数字化（智能电子纺织品）创造了与舒适传感器集成的新机会，以实现对重要身体信号的不显眼、非侵入性和连续解码、用于商业服装和基于纺织品的传感器的90 种表征技术、协调的相互作用和协调 textronic 作为纺织平台和生物医学传感器的竞争需求。

根据智能服装和电子纺织品市场预测的电子纺织品应用91使用电子纺织品的安全照明、汽车内饰中的纺织照明），以及动画中的动作捕捉、AR/VR 的动作捕捉、使用电子纺织品的触觉套装、辅助服装、动物可穿戴技术）。报告中评估的主要趋势包括智能手表和健身追踪器；虚拟、增强和混合现实（VR、AR 和 MR）；可听的；智能服装和电子纺织品；

市场的需求、限制、表现和问题
将技术产品与平面纺织品、纤维电子产品以及缝制到服装中的基本电子设备连接起来的微电子电路都包含在被称为智能电子纺织品的多功能纺织品的设计中。导电纤维（用于编织、针织和刺绣）和导电油墨印刷是电子纺织品的典型生产方法。41分析将与电子纺织品集成的各种组件的用例和机会，包括加热器、电极、压力传感器。从移动智能电子纺织品的角度来看，最不重要的因素是其外壳的尺寸和类型，以及信号输出系统及其运行期间的平均和瞬时功耗。与智能电子纺织品相关的主要问题是其系统的电源类型、数据传输的选择、确保光纤和导电连接与商业或测试电子系统之间的良好接触。除了正确实施纺织产品的商业传感器以及寻找与活性层兼容并具有某些因素特征的合适基材之外。

电子纺织品四个关键领域的市场分析和预测：生物识别监测、供暖、照明等；以及多个用例和细分市场，包括医疗保健、健康、运动和健身等。41例如，设计包含在服装结构中的原型纺织传感器，专门用于测量人体生理信号和呼吸频率；用于医疗应用或消防员防护服；85例如带 GPS、比重计、温度计和绣花电极的救生服、摩托车服、安全鞋、跑步鞋垫和保健服。据报道，全球可穿戴智能服装市场包括谷歌、李维斯、苹果、三星、英特尔、拉尔夫·劳伦、Polar、小米、Fitbit、华为和Garmin。在技​​术方面，79在纱线工程中使用人工神经网络，在梭织织物工程中使用数学建模和软计算方法，其中知识获取模块促进了解决问题的专业知识从知识源到知识库的转移和转化，此外通过模糊逻辑进行服装建模。60机电一体化和可生物降解聚合物之间的联系93 – 95统计建模96、97可以开辟关于环保应用的新领域。服装行业的设计和生产是艺术、工程和技术部分或智能光致变色和热致变色面料、智能纺织品感知和适应周围环境变化的结合。

从用户的角度来看，电子纺织品面临着许多挑战，例如可洗性、电源、产品开发和商业化。27在服装行业/裁剪部门，一种新设计的算法证明了其能够比传统方法更有效地在标记内排列模具的各个部分，因为该算法实现了织物消耗百分比的提高 2.5-3% 并减少了浪费。

智能电子纺织品为穿戴者的不同应用提供了新的优势，例如40医疗和健康监测（用于同时采集和连续监测心电图、呼吸、肌电图和身体活动的无线服装、敏化背心和可穿戴敏化服装/智能衬衫、患者远程监控）、军事和国防（个人防护服、个人装备、防御系统和武器）以及体育应​​用（网球拍、撑竿跳高杆、体育运动服装、先进的计算机刺激和动作捕捉） ）。
对于可靠的可清洗电子纺织品，需要进行更加差异化的检查，比这种相对一般的概述更彻底地辨别导体和基材材料及其要求以及特定的电子纺织品应用。100实际上，在纺织行业，风险因素包括在纺纱、切割、产品控制以及纺织品包装、检验、处理、运输、整理和切割过程中以尴尬的姿势工作、重复性动作以及手工操作带来的疲劳。

由于生产合成纤维的合成工艺往往过于复杂，除其他成分外还含有有害成分；有新的研究开发采用可持续制造工艺的环保材料制成的可穿戴电子纺织品，即依靠有效的报废策略来制造下一代智能和可持续的可穿戴电子纺织品，它们是回收为增值产品，或在垃圾填埋场分解，不会对环境产生任何负面影响。102衣服中检测到一些化学物质，如阻燃剂、微量元素、芳香胺、喹啉、双酚、苯并噻唑/苯并三唑、邻苯二甲酸盐、甲醛以及金属纳米颗粒；这可能表明某些纺织品中存在不可忽视的存在，但人类皮肤通过皮肤接触纺织品/衣服接触潜在有毒化学物质可能会导致潜在的系统性风险，这可能意味着不可假设的癌症风险。

在欧洲标准化委员会的主持下制定了多项标准，一些研究人员设计了一种测试方法来评估皮肤对纳米颗粒的暴露程度，该方法将评估纳米颗粒通过磨损或汗水从衣服转移到皮肤的情况。77由于存在连接线，在皮肤已经敏感（湿疹或牛皮癣）的地方，智能纺织品可能会感到不舒服。如果它们的组件出现故障，最终将阻止佩戴者追踪潜在有用的信息。智能服装的主要缺点之一是它们要求人们透露自己的敏感信息；它们阻止佩戴者保持其隐私级别。

安全要求可以概括为，它们不完全防水，不是为儿童开发的，用于医疗应用，它们需要校准，它们不像普通纺织服装那样灵活，并且它们有特定的应用范围。除了所用材料的耐用性之外，恶劣环境也影响着另一个因素。电子垃圾问题可分为电子垃圾山、有毒负荷和资源枯竭。104最后，欧洲和国家创新政策促进研发并鼓励行业投资电子纺织品的商业化。
结论

总之，智能电子纺织品为评估功能和计量特性的新方法和应用提供了机会；称为智能织物和交互式纺织品（SFITS）的套件由传感器、执行器、自动控制系统和完全集成的设备组成。智能电子纺织品系统为三维打印（3D 织物打印）、5G、RFID 以及物联网、先进材料、能源存储、食品和农业技术、可持续发展、医疗保健、生命科学、非技术领域提供了新的机遇。电网和能量收集、光子学、印刷柔性有机电子、机器人、传感器和触觉、半导体、计算（人工智能）和光子学。估计物理、化学、
展望未来，电子纤维/纺织品将代表柔性电子领域的一个新兴领域，为智能可穿戴技术的应用提供巨大潜力。这些材料不仅满足日常可穿戴设备的要求，而且有望满足个性化健康/医疗和人机界面的新兴需求，从而通过纺织品数字化促进社会变革。