一款循环拉伸、可打印的高性能纳米纤维增强弹性体导体

中国微米纳米技术学会

传感紧身电子衣是将传感器嵌入紧身衣中的一种电子织品，用以获取某些数据。如运动员们的电子衣，通过获得训练过程中的心率、呼吸频率等，调整训练方案。近年来，电子衣逐渐走向医疗保健、可穿戴电子设备、电子纹身等领域。对于传感紧身电子衣来说，最重要的是舒适、采集数据过程中无干扰，对人体无害的物理探测。另外因为紧身电子衣使用过程中需承受循环压力，如何在循环压力作用下，保持电子衣的性能，准确探测特定数据，成为了研究的热点。

近日，东京大学Takao Someya教授团队报道了一款高性能的可循环拉伸、可打印的纳米纤维增强弹性体导体。该弹性体导体的初始电导率为3667 Scm-1，在450%应变下仍高达1018 Scm-1，有望用于电子衣的可靠导体材料领域。相关工作发表在《ACS Nano》中的“Highly Durable Nanofiber-Reinforced Elastic Conductors for Skin-Tight Electronic Texiles”中。

该弹性体导体的制备方法如图1所示，简单的制备工艺，使得该弹性体导体的大规模工业化应用成为可能。

图1 先利用静电纺丝制备PVDF纳米纤维框架，然后利用镂空板印刷将含银氟橡胶打印于PVDF纳米纤维框架中，最终制备得到弹性体导体。

在应力作用下，PVDF纳米纤维可以容易分散应力，同时和氟橡胶有良好相容性，较好的阻止裂纹产生与扩散。这一方面提高了材料的力学性能，另一方面可以阻止因为产生裂纹而使导电性下降（图2）。进一步，研究者使用该弹性体导体与介电材料合制简易的电容器，通过拉伸-释放的循环测试，测量其相对电容变化。发现相对电容变化与应变呈现非常好的线性关系（R2=0.995），并且在多个循环中，仍能保持良好的重现性。