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  近年來(lái)，隨著柔性可穿戴式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，柔性傳感器和柔性?xún)?chǔ)能元件引起了廣泛的關(guān)注。柔性傳感器和柔性?xún)?chǔ)能元件作為可穿戴電子設(shè)備的重要組成部分，在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)以及智能人機(jī)交互等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。其中，柔性傳感器應(yīng)兼具高靈敏性、寬檢測(cè)范圍、高柔性和高穩(wěn)定性，而柔性?xún)?chǔ)能元件應(yīng)具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、良好的機(jī)械柔性等。迄今為止，制備這些理想的柔性器件仍是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行甄選并采用新的制備技術(shù)和設(shè)計(jì)思路有望獲得綜合性能優(yōu)異的柔性器件。導(dǎo)電高分子復(fù)合纖維基柔性器件因其柔韌性好、質(zhì)量輕、可折疊彎曲、可編織、成本低以及比表面積大等特點(diǎn)已成為柔性器件研究的重要方向之一。然而，采用傳統(tǒng)紡絲法所制備的導(dǎo)電高分子復(fù)合纖維往往具有較低的電導(dǎo)率，難以同時(shí)用于傳感器領(lǐng)域和儲(chǔ)能領(lǐng)域。如何通過(guò)簡(jiǎn)單的、低成本的、可連續(xù)的方法制備兼具傳感和儲(chǔ)能功能的纖維基柔性器件，仍是亟需解決的問(wèn)題。

  近日，東華大學(xué)材料學(xué)院及纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱美芳教授課題組楊升元副教授（通訊作者）聯(lián)合新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）、德國(guó)萊布尼茲高分子研究所（IPF）在Journal of Materials Chemistry A（最新影響因子9.93）上發(fā)表最新研究成果“A Bottom-Up Approach to Design Wearable and Stretchable Smart Fibers with Organic Vapor Sensing Behaviors and Energy Storage Properties”，并獲選為當(dāng)期封底，第一作者為東華大學(xué)國(guó)際文化交流學(xué)院碩士留學(xué)生Ifra Marriam（來(lái)自巴基斯坦）和材料學(xué)院王興平博士（現(xiàn)工作于霍尼韋爾上海公司）。

  在該文中，作者從復(fù)合材料的可紡性、力學(xué)性能和功能性等角度考慮，采用聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（poly(styrene-butadiene-styrene)，SBS）作為柔性高聚物基材，以多層石墨烯（Few layer graphene，F(xiàn)LG）作為導(dǎo)電組分，通過(guò)濕法紡絲制備了一系列柔性SBS導(dǎo)電復(fù)合纖維，系統(tǒng)地研究了柔性SBS導(dǎo)電復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)與傳感性能的內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合纖維高柔性和高性能的有機(jī)統(tǒng)一。此外，在柔性SBS導(dǎo)電復(fù)合纖維的基礎(chǔ)上，課題組通過(guò)靜電紡絲自組裝法，將電活性炭黑（Electroactive Carbon Black, CB）涂覆到SBS導(dǎo)電復(fù)合纖維的表面，從而制得了一系列自支撐的柔性一維紗線電極（Nanofibers Coated Yarns, NCY），并組裝成了全固態(tài)超級(jí)電容器，系統(tǒng)地研究了其電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了其在可穿戴儲(chǔ)能元件中的應(yīng)用。

圖1 “自下而上”的濕紡-電紡聯(lián)用制備流程示意圖

圖2 柔性SBS-G復(fù)合纖維對(duì)于不同溶劑蒸汽的傳感性能表征

圖3 柔性SBS-7G, SBS-7G@CB和SBS-7G NCY電極的電化學(xué)性能表征

  總而言之，研究者結(jié)合之前濕紡復(fù)合纖維傳感器（Composites Part A, 2018, 105, 291–299；Sensors and Actuators B, 2018, 256, 896–904）及電紡?fù)扛布{米纖維紗線工藝（ACS Appl. Energy Mater., 2018, 1, 377-386 (Front Cover)；J. Power Sources, 2018, 396, 683-690）通過(guò)自下而上的濕紡-電紡聯(lián)用，成功設(shè)計(jì)了一種宏（濕紡宏觀纖維）微（電紡納米纖維）結(jié)合兼具傳感和儲(chǔ)能功能的智能纖維，有望在可穿戴器件上得到進(jìn)一步應(yīng)用。

Shengyuan Yang, Meifang Zhu et al., J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 13633. （當(dāng)期封底）

  該項(xiàng)工作得到了上海市晨光計(jì)劃、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)和教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的資助。

  論文鏈接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta03262a#!divAbstract