清华危岩教授、之江实验室马志军研究员等《Prog. Mater. Sci.》综述:可拉伸导电纤维的设计、性能及应用
2024-03-27 来源:高分子科技
近日,清华大学危岩教授与之江实验室马志军研究员团队合作在国际材料科学研究领域顶级期刊《Progress in Materials Science》(IF 37.4)上发表了题为“Stretchable conductive fibers: Design, properties and applications”的综述文章。本综述总结归纳了可拉伸导电纤维(SCFs)的结构设计与研究应用进展,为以应用导向的导电纤维给出一定的见解。本综述具体从材料选择、结构设计、和应用领域三个方面进行了系统的梳理,深入分析了SCFs的结构特点与设计应用之间的关系。详细讨论了SCFs在柔性电极、应变传感、功率/信号传输及柔性执行器等应用中的突出优势,总结并展望其面临的挑战和未来发展的方向。
一、研究背景
图1、可拉伸导电纤维的研究进展史
图2、可拉伸导电纤维的结构设计、性能特征、及应用领域
二、本综述要点
1.可拉伸导电纤维的设计与制备
图3、可拉伸导电纤维的结构设计:a、层状互锁螺旋导电纤维结构;b、蛇形可拉伸电纤维结构;c、层状屈曲可拉伸导电纤维结构
2.可拉伸导电纤维的关键性能
图4、a、可拉伸导电纤维力学的常见应力-应变曲线;b、可拉伸导电纤维力学的常见电阻率-应变曲线
3.可拉伸导电纤维的应用
图5、可拉伸导电纤维作为电极的应用:a、蠕虫状石墨烯微层结构的仿生导电纤维;b、可拉伸导电纤维pH传感器电极;c、Cu/PU三维螺旋导电纤维的制备及其作为可穿戴照明腕带的引用;d、Li-Zno@CNT导电纤维及其在可拉伸纤维状电池上的应用;e、螺旋带状导电纤维及其应用;f、导电涂层纤维及其作为植入式生物电极的应用
图6、可拉伸导电纤维作为应变传感器的应用:a、应用于跆拳道服多部位应力检测的电子纺织品;b、用于检测弯曲和扭转以及血液脉冲和声音识别传感器;c、可释药电子缝线监测创面应变状态传感器;d、用于手势识别的导电纤维传感器
4.结论与展望
本综述从智能柔性电子器件对SCF的需求出发,综述了SCF的设计策略、关键性能与典型应用,并揭示了三者之间的密切关联。尽管SCF已被广泛研究并应用于各类场景,然而其在实际生产生活中的使用仍需要解决一些列问题,如SCF的低成本自动化大规模制造与高稳定精细加工、基于SCF的多模态器件及高精度体内嵌入式器件的开发、SCF制造技术人工智能和材料计算的结合。
文章链接 https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101288
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(责任编辑:xu)
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