柔性热/应变传感纤维器件在人体运动性能实时监测、生理信息和热管理等领域具有广泛的应用前景。但在多功能集成和信息可视化方面还存在不足。苏州大学潘志娟教授&闫涛副教授采用共轭静电纺丝技术制备了中空热塑性聚氨酯（TPU）纳米纤维纱线，采用连续导电处理和加捻技术制备了焦耳加热/应变传感纱线。最后，在复合纱线表面构建热致变色护套层，制备可见光焦耳加热/应变传感纱线（VHSY）。相关研究成果以“AgNWs/TPU based Joule heating and strain sensing yarn with temperature visualization through the coordinated regulation of multiple conductive pathways for physical exercise and health monitoring”为题目，发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。

研究结果表明，VHSY可以同时检测拉伸变形和弯曲变形。作为柔性应变传感器，具有良好的动/静稳定性和耐久性。在30%应变范围内，GF值达到23.08，在30% ~ 50%应变范围内，GF值达到170.02。此外，VHSY在25-60℃范围内呈现黄-灰-蓝紫色的可逆颜色变化，并获得稳定的静态和动态电加热性能。加热和冷却温度的响应时间分别为9.95 s和10.62 s。水洗20次后，VHSY具有良好的可视化功能和应变传感性能。该传感器在体育锻炼和健康监测方面具有很大的应用潜力。这项工作为多功能纱线可穿戴设备和智能纺织品的设计提供了一种新的策略。

图1 (a)共轭静电纺丝装置示意图；(b) HTY和STY的旋转状态和对象；(c) HTY和(d) STY的截面结构和外观；(e) HTY和STY在100%应变下的应力-应变曲线和循环力学曲线；(f) HTY和(g) STY的动态水接触角。

创新亮点：

焦耳加热和应变传感纱是通过多种导电途径的协调调节得到的。

中空结构可为不同疏水纤维的连续导电处理提供技术支持。

VHSY在25~60℃范围内呈现黄灰-蓝紫色的可逆变色，具有耐水洗性。

感测纱的表面温度与外加电压呈高度线性关系。

该双功能传感器纱可用于关节炎康复运动训练和远程指导。

图2 (a)制备小武器示意图；(b) AgNWs扫描电镜及放大图；(c) CHTY筹备过程示意图；不同拉伸条件和涂覆次数下CHTYs的起皱结构：(d) 0%, (e) 50%, (f) 100%。

图3 (a) CHTY-0/50/100的应变- rrc曲线和(b) CHTY-0/50/100的循环拉伸力学性能；(c)拉伸速率为1 mm/s时不同应变范围下RRC的稳定性；(d)不同拉伸速率下RRC在50%应变范围内的稳定性；(e)弯曲速率为10°/s时不同弯曲角度下RRC的稳定性；(f)不同弯曲速率下45°弯曲角下RRC的稳定性；CHTY-0/50/100的热性能：(g)不同电压下CHTY温度-时间曲线的静态稳定性和(h)动态稳定性；(i) CHTY在施加电压和释放电压下的温度响应时间；(j)阶跃电压下的温度-时间曲线；(k)温度-电压曲线；(l)不同电压下的温度-应变曲线。

图4 CHTY-0/50/100在不同应变范围下的结构：(a) 0%, (b) 30%, (c) 50%, (d) 70%, (e)应变恢复到0%，(f) CHTY的阻力结构模型。

图5 (a) CTY/35、RTB/40和RTP/60混合质量比对显色性的影响；(b) CTY/35、RTB/40和RTP/60质量比为3:3:4时不同温度下的RGB值；(c)热致变色微胶囊DSC曲线；(d) WPU浓度为35%时，不同微胶囊含量和温度下三层显色涂层VHSYs的颜色变化；(e)微胶囊含量为30 wt%时，不同WPU浓度和温度下三层显色涂层VHSYs的颜色变化；(f) WPU浓度为30% wt%、微胶囊含量为30% wt%时，VHSYs在不同显色涂层和温度下的颜色变化。

图6 (a)在WPU浓度为30% wt%、微胶囊含量为30% wt%时，VHSY在不同温度下对四层显色涂层在明暗背景下的显色效果；(b) CIE1931xy的色度图；(c)不同电压下VHSY温度-时间曲线的静态稳定性和(d)动态稳定性；(e) VHSY在外加电压和释放电压下的温度响应时间。

图7 (a) KOA和腿部肌肉图；(b) VHSYs双功能肌肉贴片结构；(c)不同电压下肌片内部温度及彩色显示。

图8 (a)收集联合运动资料和远程治疗的资料收集和处理系统；(b)通过检测抬腿角度和持续时间进行肌肉训练；(c)双腿靠墙弯曲，以不同的弯曲角度训练腿部肌肉。

结论：

本文制备了具有可见光温度的焦耳加热/应变传感纱线，并取得了优异的性能。结果表明，VHSY可以同时检测拉伸变形和弯曲变形。在30%应变范围内，GF值为23.08，在30% ~ 50%应变范围内，GF值为170.02。获得了优异的动、静稳定性和耐久性。此外，VHSY在25-60℃范围内呈现黄-灰-蓝紫色的可逆颜色变化，并获得稳定的静态和动态电加热性能。加热和冷却温度的响应时间分别为9.95 s和10.62 s。水洗20次后，VHSY具有良好的可视化功能和应变传感性能。柔性双器件在应变传感和热管理方面具有广阔的发展前景。该传感器在体育锻炼和健康监测方面具有很大的应用潜力。

原文链接：https://doi-org.libproxy.unist.ac.kr/10.1016/j.cej.2025.171575