智能消防服在柔性电子、运动监测及火灾预警等领域展现出广阔的应用前景。然而，在火灾等极端环境中，火焰、水分及汗液等因素容易对传感器造成干扰，严重影响其监测准确性和稳定性。近年来，通过引入防水、阻燃等防护层来提升器件环境适应性已成为常见策略，但额外防护层往往会阻碍外部刺激向传感层传递，从而降低传感灵敏度并延长响应时间。因此，如何兼顾环境防护能力与高灵敏传感性能，仍是智能消防服领域面临的重要挑战。

  近日，东华大学赵涛教授研究团队提出了一种无额外防护层的集成纺织品（i-Textile）设计新策略。该研究通过空间选择性沉积，赋予改性棉织物（ACF-4）外侧超疏水/阻燃、内侧高导电的非对称结构；在此基础上，以ACF-4为上下电极夹持壳聚糖温敏层，成功构筑了集成纺织品。进而，结合时分多路复用（TDM）策略，该纺织品在极端火灾环境下实现了高灵敏运动监测与快速超温预警的完美解耦，有效解决了传统消防服中防护层与传感层相互制约的难题。

  2026年5月26日，相关工作以“Extra-Protective-Layer-Free Integrated Textile for Robust Protection and Highly Sensitive Bimodal Sensing in Firefighting”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。第一作者为东华大学硕士生陈泽鑫。

图1 i-Textile的仿生设计

  作为面向消防救援的集成纺织品，其外部防护能力是保障传感器在恶劣环境下稳定工作的基石。测试表明，ACF-4外侧的超疏水表面对去离子水和人工汗液的接触角均超过了160°，具备优异的防水与自清洁功能。对于i-Textile整体而言，这一超疏水外层构筑了一道坚固的物理屏障。它能有效隔绝外部雨水及汗液的渗透，避免了液体侵入对内部传感元件造成的信号干扰。正是得益于这种卓越的被动防护机制，i-Textile才得以在高湿甚至皂洗等各种恶劣复杂的消防环境中，始终维持高度稳定的双模传感输出。

图2. i-Textile的超疏水性

  此外，引入的含磷聚合物和金属氢氧化物赋予了织物高达30.7%的极限氧指数。在遭遇火焰侵袭时，这些成分不仅能在气相中释放含磷、含氮自由基（如·PO）以抑制热分解，还能在凝聚相中促进形成坚固的富磷聚合物炭层屏障。因此，i-Textile获得了极大的防火保护，能够承受反复、长时间的火焰灼烧而不被点燃。这种坚不可摧的整体阻燃性能，不仅保障了器件在极端火场环境中的结构完整，更为内部传感元件实现持续、稳定的双模传感奠定了坚实的基础。

图3. i-Textile的阻燃性

  通过密度泛函理论（DFT）计算和IGMH分析，研究团队揭示了ACF-4的高界面稳定性的本质：氢键网络在纤维基体与功能涂层之间的相互作用中贡献了高达63.61%的结合能。即便经过50次标准皂洗，其超疏水和阻燃性能依然保持稳定。

图4. i-Textile上下电极（ACF-4）的界面稳定机理

  研究人员将具有粗糙表面的壳聚糖（CS-3）温敏层夹在两层非对称织物之间，构建了完整的集成纺织品（i-Textile）。外侧的防护层（超疏水/阻燃/绝缘）犹如天然盾牌，极大程度上隔绝了外部水、火和导电污染物对内部传感层的干扰。在电容模式（运动监测）下，该器件对微小应力具有极高的灵敏度（GF = 41.59 N^-1），且响应极快（0.25 s），能够精准捕捉消防员的脉搏、呼吸和奔跑等生理运动信号。

图5. i-Textile的运动监测性能（电容模式）

  在电阻模式（超温预警）下，i-Textile在40至100 ℃范围内的温度电阻系数（TCR）达到-1.05% ℃^-1。在遭遇火焰侵袭时，得益于无额外防护层的隔热阻碍，其响应时间仅为1.89秒。此外，传统的聚合物柔性传感器往往面临力、温度刺激信号相互干扰的难题。为此，研究团队提出了一种独特的双路径物理机制，赋予了i-Textile优异的信号独立驱动与解耦能力。该机制巧妙地利用了“可压缩的空气间隙”来控制电容信号，以及“不可压缩的固体路径”来控制电阻信号：在运动监测模式下，外部压力挤压粗糙界面空气间隙带来巨大的电容变化，而温度对其几何结构几乎没有影响；在超温预警模式下，内部温敏夹层通过温度驱动的离子迁移改变电阻，而微小的机械压力无法改变层间的物理路径。这种设计在很大程度上实现了力、温度信号的互不干扰与独立获取。

图6. i-Textile的力/温度信号解耦机制

  此外，为了解决两套检测电路直接并联产生的严重电学串扰，研究团队引入了时分复用（TDM）策略。系统默认处于高频电容采样模式；每隔2.0秒，继电器会短暂切断电容电路，分配仅50毫秒的时间窗口进行电阻（电压）采样（超温报警）。这种时间分配彻底消除了电学串扰，在云端平台上实现了两种信号的完美并行显示与及时预警。

图7. i-Textile的双模传感机制

  综上所述，本工作利用空间选择性沉积策略，构筑了“外侧超疏水/阻燃/绝缘防护、内侧高导电”的非对称改性棉织物（ACF-4）。以此为电极与壳聚糖温敏层集成组装，开发出无需额外防护层的集成纺织品（i-Textile）。该设计打破了传统智能消防服“防护阻碍传感”的固有矛盾；同时，结合时分复用（TDM）策略，有效消除了双模监测中的电学串扰。在极端火灾环境下，该集成纺织品实现了高灵敏运动监测与快速超温预警的完美解耦与稳定并行，为下一代高性能消防救援及极端环境下的可穿戴集成装备提供了全新的设计范式。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76070

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