织物表面导电线路成形方法的研究进展

摘要：本文从当前织物表面导电线路的成形方法、应用等方面着手，对其现有的成形方法进行综述，指出各成形方法存在的问题，如工艺复杂、柔韧性差、成本高等，并提出了一种新型织物表面导电线路成形方法 ――微滴喷射自由成形导电线路技术。此外，还阐述了导电线路在智能纺织品、信息传输、医疗保健等领域的应用，最后对不同的成形方法进行了总结，并指出织物导电线路应朝着智能化、集成化、舒适性、成本低等方向发展。

关键词：智能纺织品；导电线路；丝网印刷；微滴喷射

中图分类号：TS101；TH16

文献标志码：A

Research Progress on Forming Method of Conductive Circuits on Fabric Surface

Abstract： The research progress about the current forming method of conductive circuits is introdnced. The authors point out the problems that exists in the forming methods of conductive circuits， such as sophisticated technic， poor flexibility， high cost， and put forward a new forming method of conductive lines on fabric surface―freeform fabrication with micro-droplet jetting conductive lines technic. In addition， the paper presents applications of conductive lines for smart textiles， information transmission， medical care， and points out the forming methods of conductive lines on fabric surface will be with intelligence， integration， comfort and low cost after analyzing different forming methods.

Key words： smart textiles； conductive line； screen printing； micro-droplet jetting

智能纺织品作为一套完整的电子信息系统，一般由传感器、执行器、数据处理、通信和电源等组成，因传统电路板为一固体结构，无法随织物一起变形，从而影响织物的使用性能，因此实现基于织物的导电线路柔性化制备已成为电子信息系统各元件在织物上有效集成的关键。

目前，国内外研究机构已对织物导电线路的成形方法展开相关研究，为进一步理清其发展方向，本文主要对目前织物表面导电线路的成形方法：植入金属丝或导电纤维、丝网印刷、喷墨打印等方法进行综述，对各种成形方法的特点进行总结。同时分析织物表面导电线路在智能服装、信息传输、医疗保健等领域的应用前景，并对导电线路成形技术的发展趋势进行了展望。

1织物导电线路制备技术

1.1传统成形方法

常见的采用传统工艺在织物上成形导电线路的方法有：刺绣、缝纫、织造、编织等，这些方法主要通过将金属纤维或金属丝掺杂于织物纹理中以成形导电线路织物，完成织物中各电子元件的集成，这种导电织物具有透气性好、耐洗涤、寿命长等特点。

目前，国内外研究机构针对此方法在织物上成形导电线路展开相关研究。瑞士苏黎世联邦理工大学通过在织物内植入铜导线来成形导电线路，测得其电阻在120～320Ω之间，传输频率最高可达6GHz，导线间的信号串扰比由7.2%降低至2.8%；美国北卡罗来纳州立大学通过在织物内植入同轴双绞铜线来成形导电线路，研究发现，该种方式相比于织物内植入的铜导线，可有效地降低电子织物网络导线间的信号串扰比；波兰罗兹工业大学采用编织技术在织物内植入铜导线，并指出，织物基板的湿度对导线信号传输的频率范围有较大影响，图1所示为罗兹工业大学采用铜导线和编织方式制备的织物导电线路。此外，日本三菱公司采用复合纺丝技术在织物上集成导电纤维和铜导线来成形导电线路。国内山东如意毛纺集团丁彩玲、东莞新纶纤维材料科技公司的侯庆华采用织造的方式在织物内植入金属长丝和DDY-2白色芯复合导电纤维来成形导电线路，用它们制成的抗静电服、防电磁波精纺毛织物等具有较好的抗静电和防电磁波等功能。

传统方法成形的织物导电线路在抗静电、防电磁波领域获得较多的应用，但由于其成形的织物对丝线的强度和弹性要求较高且制备工艺较繁琐，不易于大规模生产。

1.2丝网印刷成形法

随着纳米材料技术的不断发展和成熟，出现了具有导电功能的纳米材料，使得丝网印刷技术成为在织物表面成形导电线路较为灵活的方法。

丝网印刷技术是将含有导电金属微粒（主要是纳米银、金和铜等）及合适的树脂材料分散到有机或无机溶剂中来成形导电线路。近10年来，许多研究机构针对丝网印刷技术在不同材料基板上成形导电线路进行了研究，如非织造织物、玻璃、腈纶/棉混纺织物、MERONA、COVINGTON、聚酰亚胺薄膜、高分子厚膜等，并将成形的导电线路应用于可穿戴式计算机和LED照明电路、织物压力传感器等领域。

目前，对于丝网印刷技术的研究，国外韩国科学技术学院在织物上印制宽度为1mm、长度为2cm、厚度为10μm和方阻为0.23Ω/的导电线路；苏黎世联邦理工大学在织物上印制方阻为0.15Ω/的导电线路，并提出频宽为4.7GHz、电阻为50Ω的线路适用于可穿戴电子穿戴系统的蓝牙和USB接口；Merilampi用两种不同的墨水在PI膜、PET膜、PVC、纸张等类型基板上分别印制方阻在0.04～0.13Ω/间的导电线路，图2和图3所示分别为北卡罗来纳州立大学在Evolon和Tyvek？基板材料上成形的导电线路。此外，加州大学圣地亚哥分校与台湾中原大学也在织物上分别印制了宽度为0.2mm和1.5mm的导电线路。