静电纺丝聚合物纤维具有柔性、质轻、多孔、低模量、便于集成等优点，是柔性可穿戴电子器件的理想结构单元。然而，受限于聚合物高分子材料的固有特性与静电纺丝的高工作电压工艺要求，其纤维结构的功能性匮乏，通常需借助复杂繁琐的后续工艺实现导电性或其他功能，且现有工艺常破坏纤维柔性，严重制约了其在柔性电子领域的应用。

  针对上述问题，近期，西安交通大学蒋庄德院士、赵立波教授团队提出了一种基于超声空化负载机理的聚合物微纳纤维导电功能化新工艺，具体为：利用超声空化效应下的瞬态高温高压、微射流、冲击波等极端物理现象损伤软化静电纺丝聚合物纤维表面材料，同时催动液体媒介中的纳米功能材料嵌入到纤维表面软化处，并随着纤维表面材料的迅速固化而交联，从而，在保留聚合物纤维本体结构的基础之上，借助表面嵌入与交联的纳米功能材料直接赋予稳定可靠的特定性能或复合性能。该方法的具体制备流程如图1（a）所示，采用静电纺丝技术制备聚氨酯纤维薄膜（Electrospun PU fibrous membrane, EPUM），通过超声空化负载效应实现碳纳米管（CNTs）在聚氨酯纤维表面的同轴嵌入与交联。如图1（b）~（f）所示，该EPUM/CNTs样品保留了静电纺丝纤维薄膜原有的拉伸性、多孔性，而表面嵌入的CNTs又赋予了纤维良好的导电性，其表面电阻典型值仅为30~50 Ω/sq，而且其模量与人体皮肤适配，能与人体手背、颈部等复杂曲面实现良好的异形曲面共形贴附。 

图1 基于超声空化负载效应的静电纺丝聚合物纤维功能化制造。（a）加工工艺流程图，（b）大面积制造，（c）SEM图，（d）TEM图，（e）EPUM/CNTs薄膜的拉伸、扭转与刺戳，（f）样品与人体不同部位的贴附。

图2 EPUM/CNTs薄膜的机-电-热性能测试。（a）不同拉伸率下的静态I-V曲线，（b）不同拉伸率下的高频I-V曲线，（c）弯曲实验，（d）拉伸实验，（e）断裂强度测试，（f）热重分析。

图3 （a）透气性测试，（b）透湿性测试，（c）过敏性反应测试，（d~f）可穿戴加热薄膜应用验证。

图4 基于EPUM/CNTs的可穿戴应变传感器.（a）传感器示意图，（b）应变检测范围，（c）线性度测试，（d）迟滞响应测试，（e）频率响应测试，（f~h）机械手弯曲检测与人体手势识别的应用验证。

图5 基于EPUM/CNTs的可拉伸超级电容器.（a）不同功能材料在EPUM/CNTs上的负载及测试，（b）充放电曲线测试，（c）EPUM/CNTs@PANI的CV测试，（d）EPUM/CNTs@PANI的GCD测试，（e）EPUM/CNTs@PANI的EIS测试，（f）EPUM/CNTs@PANI电极的拉伸性能测试，（g）EPUM/CNTs@PANI固态超级电容器示意图，（h-i）EPUM/CNTs@PANI固态超级电容器性能测试。

  该成果以“Highly conductive, stretchable, durable, breathable electrodes based on electrospun polyurethane mats superficially decorated with carbon nanotubes for multifunctional wearable electronics”为题发表在著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。西安交通大学机械工程学院副教授罗国希为论文第一作者，西安交通大学机械工程学院助理教授李敏、教授赵立波及美国加州州立大学旧金山分校的Prof. Kwok Siong Teh 为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等项目的资助。

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472204030X