剑桥大学的研究团队HaoTian Harvey Shi和Yan Yan Shery Huang等人在《自然.材料》提出了一种基于“4R原则”的新型电子纺织品设计理念，涵盖了修复（Repair）、回收（Recycle）、更换（Replacement）和减少（Reduction）四个方面。文章还建立了一个综合性的设计框架，考虑到环境保护、市场竞争力、供应链韧性和用户体验质量等多个维度，为电子纺织品的可持续工业化和商业化路径提供了实用的参考。

纺织品自古以来就被人类用于保暖和身体保护，是人类保护自我和生存的最初手段之一。现代柔性电子和云计算技术的发展，使得纺织品有望引入新的功能，如能量存储、收集以及感知、显示、移动和计算等。预测显示，到2030年，电子纺织品市场的规模可能达到14亿美元。目前主要面临两个挑战：一是生产的复杂性导致成本高昂，限制了电子纺织品的广泛采用；二是大规模生产可能会带来巨大的环境成本。因此，剑桥研究团队提议通过创新材料选择和生物制造技术，以实现电子纺织品的可持续增长。文章提出的基于“4R”原则的宏观框架，旨在解决来源和资源问题，同时兼顾经济和环保需求。

图 1电子织物e-textiles可扩展商业化的总体框架。

图2 电子织物的材料选择图表及其耐用性挑战。

电子纺织品的材料选择要考虑与皮肤的兼容性，因此，选择生物相容性的替代材料变得重要。电子纺织品的耐洗性是消费者购买的一个重要因素。当前电子纺织品的耐用性挑战包括在机洗过程中可能导致电路退化和微塑料纤维释放。因此，开发可机洗的粘合剂和涂层，以及考虑干洗或蒸汽洗的清洁方案，对提高电子纺织品的功能寿命至关重要。

图3 电子织物的修理、回收、更换和消减repair, recycle, replacement, and reduction，4R实施和可持续性发展时间表。

如图所示，4R原则构建的电子纺织品需要考虑功能可靠性、组件标准化以及价格合理性。电子纺织品的组件应该根据使用寿命进行分类，包括准永久型、多次使用型和一次性使用型。基于当前的技术水平，文章为电子纺织品的可持续发展提供了一个时间. ‘4R’原则已经可以应用于手工和自动化的电子纺织品制作中。模块化设计使电子纺织品的组件可以根据功能不同进行回收和重复利用。未来，可穿戴电子纺织品的技术可能从集中式大规模生产转变为基于增材制造或3D打印的小规模定制化生产，从而实现高度个性化的产品。

图4 在新兴电子织物发展中涌现出的不同生产规模和灵活性的新兴材料制造商和生物制造技术。

展望未来

为加速可穿戴电子产品的革命，可持续且以用户为中心的电子纺织品设计应着眼于功能材料创新与先进加工技术（如生物制造）的交汇点。展望未来，基于生物质的、地球丰富的材料可能成为电子纺织品可穿戴的材料库中的重要组成部分。同时，可能会发生从中心化大规模生产战略向去中心化的添加制造/3D打印平台的范式转变，这将使高度可定制的电子纺织品在没有过多操作约束的情况下得以制造。这可能会扩展到按需纤维和生物混合制造策略，可以在现场创建和修复电子纺织品，类似于生态韧性系统运作的方式。这样的框架和理念最终将导致具有生态意识和可持续性的智能服装循环经济。

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41563-023-01615-z