随着电子科技的高速发展,各类电子设备在人们的日常生活中逐渐普及,人们对电子设备的需求也不断升级。柔性可穿戴电子设备的舒适性、便携性、实时性与消费电子发展趋势完美契合,使其在市场和研究领域进入高速发展期。为了实现真正意义上的柔性可穿戴一体式系统,亟需开发柔性传感、开关、供电、储能等各类器件。传统织物因其良好的吸湿透气性、机械性能及绵柔亲肤的触感,成为可穿戴电子器件柔性基底的最佳候选之一。然而,传统织物自身并不具备导电性,这极大的限制了传统织物在可穿戴电子领域中的应用。如何将传统织物与现代电子科技结合,研发出具有可穿戴性的电子器件,已成为柔性可穿戴电子设备研究领域的新挑战。针对上述背景,本研究以传统天然丝、棉织物为基底,开展了以下三个方面研究工作:1.丝网印刷Bi₂S₃纳米线构建蚕丝织物基底柔性光开关织物基可穿戴设备的发展是近几年最热门的研究课题之一。但是,以织物为基底的光开关未见报道。在此研究中,一对叉指状银电极和水热合成的硫化铋纳米线依次被丝网印刷在蚕丝织物上,构建出一种蚕丝布基的柔性光开关。该装置显示了入射光能量与光响应电流的相关性,并且对蓝、绿和红光均有响应。器件对脉冲式入射光的响应/恢复时间小于2 ms。经过120次扭曲或折叠后,光响应电流保持高达85%以上。硫化铋纳米线功能层能以不同图案印刷在器件的顶层,可兼顾器件的功能性和美观性。通过实验还证明了蚕丝布基柔性光开关可以触发电风扇的旋转。本工作为蚕丝布基柔性光开关的构建,提供了一种简便的方法。2.以PVA/H₃PO₄修饰棉布为电解质、隔膜、支撑层的柔性超级电容器基于织物的柔性超级电容器因其巨大的潜能,在可穿戴电子领域已经引起了极大的关注。人们期望可以开发出与传统纺织工业兼容的简便方法,用于构建具备高性能和超柔性的织物基超级电容器。此研究利用丝网印刷和转移印刷技术,构建了一种三明治结构的超级电容器,其中PVA/H₃PO₄浸润的棉布充当了电解质、隔膜和支撑层。数码照片和扫描电子显微镜图片分别从宏观、微观角度记录了器件的制备过程。当充放电电流密度为1 A·g^-1时,超级电容器的容量达到了63.7 F·g^-1。经过2000圈充放电循环,超级电容器的电容量保持率为85%。器件在分别经历100次弯折或扭曲后,电容量仍旧可以维持在原始水平的89.7%和93.3%。通过印刷网版的设计,可制备松鼠图案超级电容器,展示了该方法对于功能性与美观性的良好兼容性。为了证实此器件的实用性,三个串联超级电容器被印制在棉质文化衫上,并可点亮LED灯泡。这项工作可以为构建超柔的织物基超级电容器提供一种简便方法,进一步推动超级电容器在智能织物和可穿戴电子领域的应用。3.基于棉布隔膜构建柔性锂离子电池随着便携式电子产品的盛行,其主要的能量储存设备锂离子电池逐渐向“轻、薄、柔”发展。受到上一个工作中超级电容器结构的启发,本研究尝试以棉布替代传统隔膜,构建柔性锂离子电池。通过对比棉布隔膜和传统隔膜构成的纽扣半电池的电化学性质,发现两者在循环特性、电化学阻抗、充放电曲线以及倍率特性方面并没有明显的区别,验证了棉布充当锂离子电池隔膜的可能性。本研究随后构建了结构为锂片/棉布隔膜/LiFePO₄锂离子电池,并利用热塑封装技术对其进行封装。电化学性能测试显示:在0.2 C电流密度下,首圈放电容量为106.5 mAh·g^-1,可以点亮红色LED灯泡;但是电池在充放电十二个循环后容量急剧下降。通过对比失效前后的电池极片的扫描电镜图片和X射线衍射图谱,推测包装工艺不成熟是导致电池循环性能不理想的原因。这项工作为基于织物的锂离子电池开发做了基础性的探究,为后续的工作进行了铺垫。本课题通过将传统织物与印刷技术集合,构建了结构新颖、性能良好的开关和储能器件,拓展了传统织物在柔性可穿戴电子领域的应用潜能,并为可穿戴电子元件的构建提供了新的思路。