面对户外作业实时通讯及运动损伤问题,人们对功能性智能纺织材料的需求和应用日益增长。特别是对于轻质、便携、多功能、可穿、可洗、可持续、可响应、可产业化的智能纺织材料设计与研究提出了更高的需求。生物鳞片兼具防护性与灵活性特征,在户外用功能化智能纺织材料的研究上表现出具有巨大的发展潜力。然而,智能纺织材料结构功能单一,无法满足户外用多功能集成。此外,智能传感纺织材料供能不持续,对实时传感造成困难,无法满足轻质、便携且连续的供能要求,需要通过有效的能源收集方式优化智能纺织品的能源供应系统。因此,基于生物鳞片的防护性与灵活性特征,构建仿生鳞片针织结构织物,研究仿生鳞片针织结构的穿着性能、力学性能、电学性能以及驱动性能,实现仿生鳞片针织结构织物的多功能集成,扩展了其在智能纺织品结构设计的应用空间,为解决单一织物结构对力学性能、电学性能及驱动性能的兼顾难题,提供了一种新的研究思路。基于以上内容,本研究首先探讨了仿生鳞片针织结构设计与制备问题,解决了复杂三维针织结构的成形技术难题,实现了三维仿生鳞片针织结构的一体化编织;其次,对仿生鳞片针织结构物理机械性能进行研究,特别是织物结构的不对称性,重点研究了仿生鳞片针织结构的力学性能,结合实验与数值模拟的分析方法,探究了该仿生结构的各向异性特征及应变强化现象;然后,基于摩擦起电与静电感应耦合机理的自驱动传感技术,探究了仿生鳞片针织结构自供能织物的结构参数对电学性能的调控作用,并根据仿生鳞片针织结构织物各向异性的力学性能特征和电学性能输出能力,构建了具有无线信号传输功能,舒适可穿的多功能智能个人户外救援系统;最后,基于鳞片端部自由的结构特征,结合湿敏扭转结构棉纱的湿响应机制与驱动机理,制备了仿生鳞片针织结构自适应响应织物,实现多模式耦合散热,可用于调节人体热湿舒适性。本文的具体研究工作如下:（1）根据生物鳞片所具有的能够满足户外运动需要的防护性与灵活性的结构特征,基于摩擦起电与静电感应耦合机理,分别对介电材料、电极材料、接触表面结构进行选择与分析,构建了基于仿生鳞片针织结构自供能传感织物,解决了功能性智能纺织材料的能源供应不持续的问题。为了探究表面具有明显凹凸外观的针织物的电学性能输出,利用分形维数的数学分析方法对接触表面结构形貌的电学性能输出进行了分析。随后,通过针织成形技术,使用全自动电脑横机,实现三维复杂鳞片结构织物的一体化编织,推动了仿生鳞片针织结构织物的大规模快速生产。结果表明,鳞片部分采用聚四氟乙烯（PTFE）单丝,底层部分采用锦纶（PA）纱线,导电材料采用镀银锦纶纱线,完成全织物结构的仿生鳞片针织结构织物编织。针织物表面的几何外观具有明显的分形维数特征,通过比较不同凹凸状外观针织物的电学性能输出,计算其分形维数,利用提出的分形维数计算数值越接近1,短路电荷量输出越高的规律,可用于评估自供能织物的短路电荷量输出。为获得较高的短路电荷量,本文选择分形维数为0.99的1+1罗纹作为鳞片织物结构。（2）对仿生鳞片针织结构织物物理机械性能进行系统研究,以满足户外可穿着需要及适应人体三维曲面特征。首先,对其基本性能包括疏水性、透气性、弯曲性分别进行了测试与分析;其次,以基础力学中的拉伸性能及顶破性能作为研究的切入点,探究了织物表面鳞片布局以及受力接触平面对织物整体力学性能的影响;再次,为更好理解仿生鳞片结构在三维曲面形变过程中的作用机理及应变分布,在实验的基础上,对织物的三维曲面形变进行了有限元模拟,观测织物在三维形变过程中的应变分布,探究仿生鳞片针织结构织物的三维曲面形变机理。结果表明,表面的PTFE鳞片具有优异的疏水性,鳞片的存在对透气性能的影响较小,且该织物结构的两面差异化导致在不同弯曲方向下的抗弯刚度有所区别。织物表面的鳞片呈平行状或叠瓦状排列,对织物的上下层具有一定的固结作用,当鳞片排列均匀且紧密时,即叠瓦状鳞片排列,鳞片间纵向间隔为3 mm时,仿生鳞片针织结构织物可获得最优的拉伸性能及三维曲面形变性能。此外,鳞片面作为受力接触面时的能量吸收能力大于当底层织物作为受力接触面时,仿生鳞片针织结构织物的受力具有明显的各向异性特征,鳞片间的相互作用增强了织物的抗形变性能;然后,基于NURBS曲线构建了线圈细观模型,形成单胞织物结构模型作为接触单元,进行三维织物曲面形变的有限元模拟。模拟结果与实验结果保持一致,叠瓦状鳞片织物的峰值载荷高于平行状鳞片织物,且鳞片间纵向间隔越小,峰值载荷越高;鳞片面受到外力作用后,先旋转后弯曲,随后相互搭接在一起能够吸收部分形变能,产生聚集效应,具有应变强化的作用;而鳞片反面的线圈受到外力,发生滑移,鳞片则呈散开状,具有优异的形变性能。鳞片结构的存在促使织物既具有一定的防护性能也具有柔性的织物特征,可用于户外功能性纺织材料的构建。（3）以具有各向异性的仿生鳞片针织结构织物为基础,探究了不同工作模式下的电学性能输出,并对仿生鳞片针织结构织物的结构设计进行优化。此外,分别设计并制备了不同鳞片结构参数的仿生鳞片针织结构织物,并分析了鳞片结构参数对电学性能输出的影响,获得了最优的鳞片结构参数。利用理论分析与数值模拟,采用有限元分析,构建不同接触表面大小的织物结构模型进行电势仿真模拟。并探究了不同外界测试条件下仿生鳞片针织结构自供能传感织物（BSK-TENG）的电学性能输出特征。结果表明,采用单电极接触分离式工作模式的BSK-TENG能够获得较为稳定的电学性能输出,鳞片织物结构参数的变化对电学性能的影响最直接表现在有效接触面积的改变上,经过测试获得最优的鳞片织物结构参数为鳞片间纵向间隔（7行）,鳞片宽度（9针）、鳞片长度（6个循环）、鳞片间水平距离（0针）,电势仿真模拟结果与实验结果保持一致。此外,织物在不同接触面积下的电学性能输出变化明显,且在不同外力作用下表现出明显的线性关系,能够作为压力传感器进行应用,且灵敏度在第一阶段可达到1.37 V/N,第二阶段可以达到0.13 V/N;不同材料的BSK-TENG均具有电学性能输出的能力,进一步说明了BSK-TENG具有多种材料的适应性与应用广泛性;经过9000次循环后,BSK-TENG工作稳定性可达到93.56%;BSK-TENG在水洗测试后,仍具有较好的电学性能输出;在外力作用下,该织物可点亮字母为“JUN KTC”的LED灯,具备了能量收集的能力;然后将BSK-TENG作为自供电、可穿戴的人机交互传感设备,设计并制造了一种具有无线信号传输功能,舒适可穿的多功能智能个人户外救援系统。（4）从鳞片端部自由的结构特征出发,结合扭转结构的湿敏棉纱设计并制备了仿生鳞片针织结构自适应响应织物,可根据周围环境湿度变化做出相应反馈,为户外用多功能智能服装的热湿舒适性能调控提供了可能。研究结果表明,棉纱的湿度敏感性与所用碱液溶度相关,当碱液浓度为280 g/L时,棉纱可获得较高的湿度敏感性。此外,湿敏棉纱的定向加捻的捻度会影响纱线的表面物理形态与驱动速度,与低捻度棉纱相比,高捻度棉纱的捻回角大,纱线会因为达到应力偶极限值,而失去平衡,呈现螺旋态,使得纱线直径吸湿膨胀后,极易造成扭转结构纱线的力矩不平衡,从而实现快速驱动性能。通过对该响应织物驱动过程的观察发现,由于鳞片覆盖在织物表面,可有效阻挡热辐射;而当人体通过出汗进行体内温度调节时,汗液导致衣下微环境湿度增加,促使湿敏纤维发生旋转响应,从而驱动鳞片打开,形成了衣下微环境与外界环境的空气对流通道,实现多模式耦合散热。响应型热管理织物可有效提高人体穿着热湿舒适性,对在户外需要长时间穿着的运动人员及工作人员来说十分重要。本文基于仿生鳞片结构设计,制备了具有三维仿生鳞片外观的针织物,实现了复杂三维针织结构的成形,系统全面的分析了自供能仿生鳞片针织结构织物的力学性能、电学性能及驱动性能,结合模拟仿真与数值计算,通过织物结构参数调控性能特征,为户外用多功能智能针织结构材料的制备与性能提供了数据支持与理论基础,对构建新型智能可穿材料具有重要的应用价值。