导电高分子纤维（Conducting Polymer Fibers, CPFs）作为兼具金属导电性与传统高分子机械柔韧性的新兴材料，已被广泛应用于可穿戴电子、柔性储能/转换器件、逻辑电路、电化学传感器与驱动器、热电装置及生物探针等前沿领域。与二维薄膜相比，纤维结构因其高取向度与结晶性，展现出更优的电荷传输能力与力学性能，特别适用于贴合人体复杂表面的可穿戴系统。因此，开发具有优异性能的CPFs及将其集成系统非常重要。

  近日，香港理工大学方波团队在国际著名期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Progress and Prospect for Conducting Polymer Fibers”的综述论文，系统梳理了CPFs领域的发展历程、关键材料体系、制备工艺、结构性能关联与前沿应用，并对CPFs发展的未来挑战和机遇进行了展望。该综述首次构建了涵盖“原材料—溶液分散行为—制备方法—结构性能关系—前沿应用”的全链条知识图谱，为CPFs研究提供了全面而前瞻性的参考。

图1 综述内容框架。

  该综述从CPFs发展的里程碑事件切入，并汇总了单组分CPFs和多组分复合CPFs的连续化制备进展。详细讨论了主流的CPFs研究发展历程，系统梳理了六类主流P型与N型CPFs。作者强调，溶液加工是目前制备CPFs的主流工艺，解决溶解性难题是实现其连续化制备的核心瓶颈。为此，总结了三类提升溶解性的策略：（1）共聚或嵌段聚合可溶高分子；（2）侧链工程调控溶剂相容性；（3）化学掺杂改性（如PSS提升PEDOT水溶性）。

  文章重点聚焦四类溶液纺丝方法：湿法、静电、干法与气流纺丝，指出湿法纺丝仍是实现性能最优的主力工艺。作者介绍了湿法纺丝制备高性能CPFs的核心策略：（1）二次掺杂剂促进PEDOT链结晶（乙二醇EG，聚乙二醇PEG，二甲基亚砜DMSO等）；（2）改进湿法纺丝工艺调控微观结构（例如良溶剂交换实现超高倍率拉伸、剪切流动驱动高分子链解缠结增强结晶、酸快速洗脱绝缘PSS并诱导PEDOT结晶等）；（3）精准轴向拉伸增强取向。

图2 导电高分子溶解性提升策略。

  导电性、机械强度/柔韧性和电化学性能是CPFs的关键属性，决定了它们在各种设备应用中的性能。在此，作者指出CPFs的性能优化本质上依赖于分子→链堆叠→凝聚态→宏观形态的跨尺度协同设计，这一关联的深入理解是突破性能瓶颈的核心。

  （1）导电性由分子到宏观层面的跨尺度耦合效应的支配：链内传输提供高速电荷通道，依赖于主链的共轭长度和刚性平面构象。长共轭结构通过增强π-π轨道耦合降低能垒。链间传输由次级（π堆叠、层状排列）和三级结构（晶区/非晶区比例）主导，遵循跳跃传输模型。紧密π堆叠缩短链间距，提升电荷跳跃效率；高结晶度（如酸处理诱导）减少传输屏障，结晶区占比越高导电性越优（如H?SO?处理的PEDOT:PSS纤维达4000 S cm?1）。非晶区中的连接链（tie chains）对跨越晶区至关重要。而掺杂通过载流子注入和微结构优化实现半导体到导体的转变。

  （2）机械性能的突破源于链排列、结晶度、取向度、缺陷控制和宏观形状等因素的协同作用：高强度依赖刚性与有序化，高拉伸性需引入拓扑耗能结构或弹性基体化解本征刚性冲突。

  （3）电化学性能取决于分子构型-链排列-多级孔道-表面化学的跨尺度协同作用：高电容需平衡比表面积与导电网络，高效离子传输依赖孔道拓扑优化与链取向设计，而稳定性源于本征化学耐性与抗应变微结构的结合。

图3 CPFs的多级微结构。

  综述总结了CPFs在柔性导线、热电器件、能源储存、传感器、驱动器、生物医学和生物电子界面等多个前沿领域的广泛应用，并展望未来导电高分子纤维及全导电高分子纤维织物集成多功能系统的潜力。

图4 用于结构功能集成应用的单根CPF长丝和All-CPF织物的未来展望。

  总体而言，该综述围绕“原材料—溶液分散行为-制备方法-结构性能关联—前沿应用”全链条，构建了CPFs发展的知识体系。作者强调结构调控与协同设计是性能突破的关键，并为未来CPFs走向规模化、高性能、多功能提供了战略路径。该论文得到了香港研究资助局，国家自然科学基金，香港理工大学智能可穿戴系统研究院项目，香港理工大学未来服装纺织科技研究中心项目，香港理工大学启动基金的资助。

  原文链接 https://doi.org/10.1002/adma.202504071