《AFM》任春雷/李炳祥综述：柔性电子产品导电水凝胶纤维的最新进展

具有固有结构特征的柔性导电材料由于其卓越的导电性、优异的机械性能和可调的物理化学性能等功能优势，目前受到基础科学和先进技术应用的关注。通常，导电水凝胶纤维 (CHF) 因其独特的特性（包括重量轻、长径比高、可变形性高等）而成为很有前途的候选材料。近日，科研人员 全面概述了 CHF 的前沿进展，涉及柔性电子的架构特征、功能特性、制造策略、应用和前景。系统地介绍了基本设计原则和制造策略，包括不连续制造（毛细管聚合和拉伸纺丝）和连续制造（湿纺、微流体纺丝、3D 打印和静电纺丝）。此外，还重点强调了它们的潜在应用，例如柔性能量收集设备、柔性储能设备、柔性智能传感器和柔性生物医学电子设备。这篇综述以对此类有吸引力的 CHF 的挑战和机遇的观点作为结尾，从而可以更好地理解先进导电水凝胶材料的基本原理和开发。

图1. CHF柔性电子应用示意图。红色圆圈表示用于电子和离子传输的CHF的3D网络内部微观结构的放大图，看起来像3D多孔泡沫形态。

图2 CHF建筑特征和功能特征的指导图。

图3 CHF制造示意图。a） 毛细管聚合法。b） 绘制旋转。c） 湿纺。d） 微流体纺丝。e） 3D打印。f） 静电纺丝。

图4. 制造CHF的毛细管聚合方法示意图。a） CHF是在硅胶管中制造的。b、 c）不同状态下CHF的照片。d） PVA/PAA水凝胶纤维首先在PVC软管中制造。e） MWCNTS-PVA/PAA CHF是通过在PVA/PAA水凝胶纤维表面涂覆MWCNTS而制备的。

图6 用于制造CHF的湿法纺丝示意图。a） 通过基于离子交联和共价交联的湿法纺丝和b）通过溶剂置换的有机水凝胶纤维制备CHF的过程。c） 长单纤维和针织织物的照片。e） 通过双核同轴湿纺制备具有核壳节段结构的导电水凝胶/热致变色弹性体混合纤维。f） rGO Poly（AMPS-co-AAm）水凝胶作为应变敏感材料的示意性传导机制和照片。

总结：在过去的几十年里，CHF因其具有分层多孔结构、高比表面积、高导电性、可调的物理和化学财产、良好的界面生物相容性、较大的长径比、优异的机械柔性和可编织性等突出优点，在柔性电子领域受到了广泛的关注。CHF的设计、制造和应用以及柔性电子制造技术的最新进展极大地促进了柔性电子CHF的发展。在这篇综述中，科研人员首先介绍了CHF的建筑特点和功能特点。随后，全面描述了各种制造策略，包括CHF的不连续和连续纺丝技术及其优缺点。第三，详细总结了CHF在柔性电子领域的应用，如柔性能量采集设备、柔性存储设备、柔性智能传感器和柔性生物医学电子。

尽管取得了实质性进展，但柔性电子系统中的CHF的开发仍处于成熟阶段，远远不能满足大规模商业化的要求。CHF制造的实验室和实际应用之间的巨大差距仍然存在。

相关论文以题为 Recent Progress of Conductive Hydrogel Fibers for Flexible Electronics: Fabrications, Applications, and Perspectives发表在《 Advanced Functional Materials》上。通讯作者是 南京邮电大学李炳祥教授、中原工学院任春雷等人。

参考文献：

doi.org/10.1002/adfm.202213485