苏州大学牛丽团队：抗应变干扰温度传感纤维的制备及性能研究
引文格式
牟 维，张羽洁，李 哲. 抗应变干扰温度传感纤维的制备及性能研究[J]. 纺织工程学报，2026，4（1）：73-81.
MOU Wei, ZHANG Yujie, LI Zhe, et al. Preparation and performance study of strain-insensitive temperature sensing fiber[J]. Journal of Advanced Textile Engineering, 2026，4（1）：73-81.
研究背景
温度传感器将温度信号转换为电信号，具有实时、无创检测体温的优势，促进了传感器在个性化医疗、运动检测和人机交互中的广泛应用，以弹性材料喝传感元件构建的柔性可拉伸传感器，成为智能可穿戴电子领域备受瞩目的研究方向。
传统温度传感器柔韧性差、可拉伸性不足，难以适配动态变形场景；而大多数柔性温度薄膜传感器透气性差、长期穿戴不舒适；此外，集成在智能可穿戴纺织品中的纤维基温度传感器易受到应变刺激的干扰，影响实际应用中的温度感应性能。
鉴于此，苏州大学牛丽团队在《纺织工程学报》发表了题为“抗应变干扰温度传感纤维的制备及性能研究”的论文，利用同轴湿法纺丝技术连续化具有内螺旋结构的温度传感纤维，实现抗应变干扰温度传感性能。
文章亮点：
1.内螺旋结构设计：利用同轴湿法纺丝技术配合不同纤维层的流速差实现连续化制备具有内螺旋结构的纤维
2.抗应变干扰温度传感：螺旋结构设计使传感器实现抗应变干扰性能，外层弹性基体降低应变对内部传感结构的影响
3.智能可穿戴应用：智能手套在应变过程中稳定记录温度变化信号，实现应变-温度信号物理解耦
文章内容
针对温度传感器“佩戴不舒适、易受应变干扰”的问题，该文章采用同轴湿法纺丝成功制备出具有内螺旋结构的抗应变干扰温度传感纤维，实现了传感器的柔性化以及抗应变干扰温度传感。
研究显示，通过协调内层、中间层、外层溶液的液流量可形成内螺旋结构与外层微管一体化的纤维（由SEM图可知）。力学测试发现内含螺旋结构的纤维断裂强度和断裂伸长率明显提升，与此同时，外层微管保证内部螺旋在一定范围内生长，确保螺旋形变沿预设方向进行，且外层TPU的高弹性可与螺旋结构协同承载拉伸力；
图 1 样品横截面的 SEM 图像
图 2 抗应变温度传感纤维表面 SEM 图像及其放大图
图 3 不同质量分数及节距的纤维力学性能
测试传感器在不同应变下的电阻变化率发现，纤维的抗应变性能与多壁碳纳米管的浓度以及内层螺旋节距相关。碳纳米管浓度在阈值内上升，纤维抗应变性能随之提升；对比同一质量分数下不同螺旋节距的纤维发现，小节距螺旋纤维抗应变性能更优。
图 4 TPU/MWCNT1.23、 TPU/MWCNT1.40 的纤维在 20%、 50%、 100%应变范围的电阻变化率
通过温度-电导率拟合曲线以及电阻变化率-温度变化曲线进一步验证纤维的温度传感性能。纤维的拟合度R2>0.99且随着温度的升高，纤维电阻变化率呈现下降趋势，进一步验证“热阻效应”传感机理，温度升高提升碳纳米管载流子迁移率，降低界面接触电阻，进而增强纤维的导电性能。
图 5 样品 TPU/MWCNT1.40的温度-电导率拟合曲线
图 6 0.55%~1.23%MWCNT 制备的纤维对于 30 °C至 120 °C温度范围的电阻变化率-温度曲线
机制研究表明，控制纤维内层、中间层和外层溶液的液流量是形成螺旋结构纤维抗应变干扰的关键，纤维SEM测试证实了螺旋结构的形成，抗应变性能的测试证实了纤维的抗应变能力。团队进一步开发了可穿戴抗应变干扰温度传感器，实现了纤维在应变刺激下稳定的温度传感性能。应用验证显示，当传感器在不同温度下传感时表现出良好的温度传感性能，证明该抗应变干扰温度传感纤维能够实现抗应变干扰温度传感，完成可靠的温度传感数据收集。
图 7 无螺旋和螺旋传感纤维佩戴环境下电阻变化率-时间曲线
图 8 样品 TPU/MWCNT1.23 小节距在 30 °C、 40 °C、 60 °C环境中手指关节屈伸的电阻变化率-时间曲线图
结论展望
抗应变温度传感纤维创新性地采用双层复合螺旋构型设计，以 TPU/MWCNT 为内层导电材料、TPU 为外层保护基体，通过调控 MWCNT 质量分数（0.40%~1.40%）与螺旋节距（大节距 3 mm、小节距1 mm），实现应变与温度信号解耦。突破传统温度传感器易受应变干扰的瓶颈，解决 MWCNT 在聚合物中分散不均、柔性传感器柔韧性与抗应变难兼顾的问题，为医疗可穿戴设备（抗人体运动干扰）、工业监测（复杂环境数据精准）提供高性能传感方案，明确了材料配比与结构参数对纤维性能的调控机制，提供理论支撑。
研究团队
牛丽，苏州大学纺织与服装工程学院师资博士后，讲师，主要从事柔性可穿戴智能纺织材料研究及针织结构材料等领域的研究。获得国家博士后资助计划。近年来，在Advanced Functional Materials、Nano Energy、Advanced Fiber Materials等国际学术期刊发表文章20余篇，申请/授权国家发明专利5项，主持江苏省自然科学基金1项，企业横向项目等多项，参研国家、省部级项目多项，同时完成多项企业横向项目对接和产业化。
