“金三发·当盛”杯获奖作品展 | 二等奖：智能体温监测闪蒸非织造防护服面料

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作品设计的目的与意义

在疫情时代，医务工作人员是抗击疫情的最前线战士，他们不辞辛苦、夜以继日地奋战在防控一线。然而，长时间穿戴防护服却给他们带来了很大的威胁——中暑风险。

传统防护服强力较低且透气性差，在高温条件下容易导致使用者中暑，给人们的健康带来潜在威胁。为了解决这一问题，设计了一款智能体温监测防护服面料，该面料利用静电纺丝技术将传感器嵌入闪蒸非织造面料上，能够实时监测使用者的体温，并通过数字屏幕显示出来。这款防护服将为使用者提供全天候的健康保障，并为高温环境下的工作者提供安全的工作体验。

本作品是一款智能体温检测防护服面料，利用微纳芯芯片将测量到的温度显示于数字显示屏上，可以直接明了的观察到温度的变化，从而更有利于对人体体温的监测。本作品使用的芯片尺寸极小，仅为0.75*0.75 mm，在日常使用中不会对人体造成伤害且存在感低，测量方式简单快速，仅在几秒内就可以显示出结果。通过静电纺丝将该芯片嵌入闪蒸非织造布上，再通过柔性电路与显示屏连接，不会影响面料舒适性，且整个装置体积较小，不影响使用者的正常使用。

本作品主要应用于防护服面料，为医护人员提供更及时、准确的体温数据，保障医护人员医护人员的健康与安全。

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原料与技术

（1）温度传感器：

采用纳芯微高性能、高可靠性CMOS测温技术的NST112纳温度传感器，该传感器具有高输出精度、高线性度、低功耗以及高集成度等特性，无需额外电路，可有效降低整体方案成本。功能框图如图1所示。

（2）温度检测系统的硬件设计

电路设计采用简单有效的RC滤波器进行降噪，无需其他复杂的外围电路即可实现测温功能。传感器的降噪电路设计如图2所示。

（3）温度检测系统的显示系统软件设计

软件设计部分采用STM32F103CBT6作为主控芯片，通过IIC协议与传感器、OLED屏幕进行通信，实现实时测温、实时显示功能。传感器的读和写、温度转换程序如图3所示。OLED屏幕的写命令和写数据程序如图4所示，最终在主函数里面调用温度转换函数以及屏幕显示函数来实现整体测温显示的功能，如图5所示。

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（4）智能体温监测闪蒸非织造防护服面料结构及其制备工艺

本防护服集成了传感器和数字显示屏技术，实现了智能体温监测，无需额外的辅助设备，简便易用。如图6 所示，利用静电纺丝将传感器嵌入闪蒸非织造面料中，使传感器更加稳定，且阻止了体液对于传感器的侵蚀。面料使用柔性电路，不影响面料柔性及舒适性，在日常使用中，电路不会因弯折或扭曲而造成电路短路，影响传感器的使用寿命。

（5）性能特点

为了测试该款智能面料的稳定性，测量了其在不同电压、不同温度之下的电流变化，结果如图7所示。

xa0 xa0 xa0 a 日常工作时的平均电流xa0 xa0 xa0 xa0 xa0 xa0 xa0 xa0 xa0 b 关闭电路时的电流变化

从图7（a）中可以看到，在25℃-50℃条件下，不同电压下，本款智能面料日常工作时电流波动范围仅在5.5-5.9μA，而关闭电路后（如图7（b）所示），电流的变化在0.5μA以下且保持平稳，表明本面料具有良好的稳定性，适合于长期使用。

为了测定本款智能面料的测温精度，测试了其应用时分别在不同温度下的数字误差，结果如图8所示。

从图8（a）中可以看出，在25℃是温度误差集中在0.01℃左右，图8（b）为37℃下所测数值与实际温度之间的误差范围，可以看到早0.01℃左右数值较为集中，这也表明了该只能面料具有良好的精度，误差仅在0.01℃，高精度更有利于体温监测，表明其实用性。

近年来疫情频发，可重复使用防护服也越来越受到重视，为了测定这款智能面料经灭菌处理后面料强力的变化，提高其重复使用率，测试了测试分析灭菌处理前后材料断裂强力和微生物屏障性能的变化，如图9所示。

由图9 可知，本智能面料具有较好灭菌适应性，EO灭菌处理对其强力没有损伤，且有小幅度提升，辐照灭菌处理后，强力随着处理次数的增加而减弱，强力损失率约为10％，这充分体现了该防护服用于重复使用的可能。

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应用领域

这款智能防护服体温监测面料具有广泛的应用领域。首先，它可用于医护人员的防护服，医护人员在长时间高温工作下，由于普通防护面料透气性差，使用者体温可能会升高，导致使用人员中暑，而此款面料可以测到使用者体温的变化，体温出现异常时，可以更好的观察到，尽早预防中暑，实时掌握医护人员的身体情况，从而有效避免医护人员因过度劳累损害健康甚至导致猝死的风险。其次，它也可以广泛用于高温工作场所，如钢铁冶炼、玻璃制造、化工等行业，为工作者提供全方位的安全保护。此外，这款面料还可应用于野外探险、特种作业等领域，确保户外活动者的安全与舒适。

4作品的创新点

(1)基于超细纤维闪蒸非织造材料，制备具有高阻隔性防护性材料

本防护服面料基于超细纤维闪蒸非织造材料与静电纺丝纳米纤维PVA膜构建双层组织结构，将传感器嵌入其中，给予传感器和柔性电路高保护性，阻止汗液对传感器的侵蚀，同时双层结构赋予防护服高阻隔防护性，有效阻止病毒对使用者的伤害，以达到对病毒等有害物质的高防护性。

(2)赋予防护服体温监测功能

受疫情影响，医护人员长期穿着传统防护服容易出现中暑现象，利用静电纺丝技术将传感器嵌入闪蒸非织造布中，为了解决这一问题，本智能体温监测防护服面料可以使防护服达到实时监测使用者体温的功能，采用跨学科融合的创新思维，赋予防护服全新的感温功能。

(3)感测体温灵敏度高

5. 作品实物照片

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