近日，化学与化工学院赵涛教授课题组在集成消防预警与传感可穿戴装备领域取得重要进展。该工作近期以《无额外防护层集成纺织品用于消防环境下的强效防护与高灵敏双模传感》（Extra-Protective-Layer-Free Integrated Textile for Robust Protection and Highly Sensitive Bimodal Sensing in Firefighting）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
在现代消防服的设计中，将物理防护与生理/环境传感功能集成在一起是未来的核心发展趋势。然而，由于火场环境极端恶劣，传统的制备策略通常是在导电传感层外侧堆叠额外的防水、阻燃等功能保护层。这种传统的“堆叠法”多层结构会严重阻碍力、热等外部物理刺激向内部传感层的传输，从而大幅降低传感器的灵敏度和响应速度。因此，如何打破外部被动物理防护与内部主动传感灵敏度之间的固有矛盾，是集成消防装备走向实际应用所面临的关键科学问题。
本工作提出了一种无需添加额外防护层的集成纺织品（i-Textile）设计新策略。研究团队受人体皮肤结构的启发，通过空间选择性沉积技术赋予了常规棉织物非对称的功能结构。研究人员首先在棉织物上均匀沉积1,4,7,10-四氮杂环十二烷（Cyclen）和硫酸铜的络合物，随后原位生长出垂直排列的微米级氢氧化铜晶片，并被交联的聚合物网络牢牢包覆；最后通过单面界面聚合技术在织物的一侧沉积纳米级聚吡咯（PPy）颗粒。这种精妙的微纳层次设计，使得改性非对称织物（ACF）的一侧呈现出优异的导电性（内侧电极），而另一侧则表现出极佳的超疏水性、阻燃性及绝缘性（外侧防护）。
作为面向消防救援的集成器件，其外部的防护能力是保障传感器在火场中稳定工作的基石。测试表明，该改性织物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160°，具备优异的防水与自清洁功能。此外，引入的含磷聚合物和金属成分赋予了织物高达30.7%的极限氧指数，能够承受反复、长时间的火焰灼烧而不被点燃。通过密度泛函理论（DFT）计算与IGMH分析，团队揭示了氢键网络在纤维基体与功能涂层相互作用中贡献了高达63.61%的结合能，这一强界面相互作用确保了织物在经历50次标准皂洗后依然保持稳定的超疏水和阻燃性能。
在实现强效物理防护的基础上，研究团队将具有多孔结构的热敏壳聚糖夹层置于两层非对称织物之间，构建了完整的双模态集成纺织品。在电容模式（力学监测）下，该器件对微小应力表现出极高的灵敏度（GF = 41.59 N-1）及超快响应（0.25 s），能够精准捕捉消防员的呼吸和奔跑等生理运动信号；在电阻模式（超温预警）下，得益于无额外物理隔热层的阻碍，其对高温火焰的响应时间仅为1.89秒，远优于传统烟雾报警器。为解决两套检测电路直接并联带来的严重电学串扰问题，团队创新性地引入了非对称时间分多路复用（TDM）电路策略，在云端平台上成功实现了高灵敏生理运动监测与快速超温预警的互不干扰与稳定并行。
该工作不仅在单体件上实现了极其稳健的多效防护（超疏水、持久阻燃）与高灵敏双模态传感的完美融合，成功摒弃了传统集成服装中臃肿的“额外保护层”，所建立的时分复用电路解耦策略也为解决多模态传感信号干扰提供了可行的方法学平台。该研究对于深入理解可穿戴器件内部刺激传输机制，以及理性设计下一代高性能、多功能消防集成可穿戴装备具有重要意义。
化学与化工学院硕士研究生陈泽鑫为该论文第一作者，赵涛教授为论文通讯作者。东华大学为该论文唯一通讯单位。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76070
