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  靜電紡絲聚合物纖維具有柔性、質輕、多孔、低模量、便于集成等優(yōu)點，是柔性可穿戴電子器件的理想結構單元。然而，受限于聚合物高分子材料的固有特性與靜電紡絲的高工作電壓工藝要求，其纖維結構的功能性匱乏，通常需借助復雜繁瑣的后續(xù)工藝實現(xiàn)導電性或其他功能，且現(xiàn)有工藝常破壞纖維柔性，嚴重制約了其在柔性電子領域的應用。

  針對上述問題，近期，西安交通大學蔣莊德院士、趙立波教授團隊提出了一種基于超聲空化負載機理的聚合物微納纖維導電功能化新工藝，具體為：利用超聲空化效應下的瞬態(tài)高溫高壓、微射流、沖擊波等極端物理現(xiàn)象損傷軟化靜電紡絲聚合物纖維表面材料，同時催動液體媒介中的納米功能材料嵌入到纖維表面軟化處，并隨著纖維表面材料的迅速固化而交聯(lián)，從而，在保留聚合物纖維本體結構的基礎之上，借助表面嵌入與交聯(lián)的納米功能材料直接賦予穩(wěn)定可靠的特定性能或復合性能。該方法的具體制備流程如圖1（a）所示，采用靜電紡絲技術制備聚氨酯纖維薄膜（Electrospun PU fibrous membrane, EPUM），通過超聲空化負載效應實現(xiàn)碳納米管（CNTs）在聚氨酯纖維表面的同軸嵌入與交聯(lián)。如圖1（b）~（f）所示，該EPUM/CNTs樣品保留了靜電紡絲纖維薄膜原有的拉伸性、多孔性，而表面嵌入的CNTs又賦予了纖維良好的導電性，其表面電阻典型值僅為30~50 Ω/sq，而且其模量與人體皮膚適配，能與人體手背、頸部等復雜曲面實現(xiàn)良好的異形曲面共形貼附。 

圖1 基于超聲空化負載效應的靜電紡絲聚合物纖維功能化制造。（a）加工工藝流程圖，（b）大面積制造，（c）SEM圖，（d）TEM圖，（e）EPUM/CNTs薄膜的拉伸、扭轉與刺戳，（f）樣品與人體不同部位的貼附。

圖2 EPUM/CNTs薄膜的機-電-熱性能測試。（a）不同拉伸率下的靜態(tài)I-V曲線，（b）不同拉伸率下的高頻I-V曲線，（c）彎曲實驗，（d）拉伸實驗，（e）斷裂強度測試，（f）熱重分析。

圖3 （a）透氣性測試，（b）透濕性測試，（c）過敏性反應測試，（d~f）可穿戴加熱薄膜應用驗證。

圖4 基于EPUM/CNTs的可穿戴應變傳感器.（a）傳感器示意圖，（b）應變檢測范圍，（c）線性度測試，（d）遲滯響應測試，（e）頻率響應測試，（f~h）機械手彎曲檢測與人體手勢識別的應用驗證。

圖5 基于EPUM/CNTs的可拉伸超級電容器.（a）不同功能材料在EPUM/CNTs上的負載及測試，（b）充放電曲線測試，（c）EPUM/CNTs@PANI的CV測試，（d）EPUM/CNTs@PANI的GCD測試，（e）EPUM/CNTs@PANI的EIS測試，（f）EPUM/CNTs@PANI電極的拉伸性能測試，（g）EPUM/CNTs@PANI固態(tài)超級電容器示意圖，（h-i）EPUM/CNTs@PANI固態(tài)超級電容器性能測試。

  該成果以“Highly conductive, stretchable, durable, breathable electrodes based on electrospun polyurethane mats superficially decorated with carbon nanotubes for multifunctional wearable electronics”為題發(fā)表在著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。西安交通大學機械工程學院副教授羅國希為論文第一作者，西安交通大學機械工程學院助理教授李敏、教授趙立波及美國加州州立大學舊金山分校的Prof. Kwok Siong Teh 為共同通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金面上項目等項目的資助。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472204030X