近日，我院柔性電子材料與器件團隊在國際高水平SCI期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一區TOP，IF=13.3）發表題為“Stretchable carbon nanotube/Ecoflex conductive elastomer films toward multifunctional wearable electronics”的研究論文。

導電彈性體薄膜（CEFs）能夠貼合于人體皮膚或可穿戴品表面工作，在可穿戴電子設備、個性化醫療、人機交互等領域中得到了廣泛的應用。具有優異生物相容性、力學性質和物化穩定性的矽橡膠是研發高品質CEFs的理想選擇，然而混合了導電填料的矽橡膠預聚物普遍黏度較高，尤其是碳納米管（CNTs）等納米導電填料會極大提高其黏度至半固态，使其難以通過常規制膜技術制備為CEFs。因此，實現導電複合矽橡膠基CEFs的可控和大批量生産，以及實現其在各種物體表面的覆膜，仍是一個業界難題。

在此，本工作以CNTs和Ecoflex（一種仿皮膚力學性質的矽橡膠）為研究對象，建立了一種通過氣噴霧法高效、可控且量産制備CNT/Ecoflex CEFs的技術（圖1A）。通過采用可快速且徹底揮發的正己烷來降低CNT/Ecoflex混合預聚物的黏度及交聯速度，不僅可在較寬的CNTs濃度範圍（0.5~5 wt%）内制備具有均勻表面形貌、可控厚度以及優異力電性質的CNT/Ecoflex CEFs（圖1B），而且能夠在多種不同力學性質和結構的物體（如塑料闆、平坦Ecoflex薄膜、粗糙Ecoflex薄膜和織物等）表面進行CEFs薄層覆膜（圖1C-D），克服了其它制膜技術難以通過高黏度的CNTs複合矽橡膠預聚物來制備CEFs的技術挑戰。此外，本工作研究了不同CNTs濃度下的CNT/Ecoflex CEFs成型機制（圖2A），以及CNTs濃度對CNT/Ecoflex CEFs力學、電學以及力-電響應性能的影響及機制（圖2B-H），能夠為CEFs的制備技術和性能優化提供一定理論指導。

圖1.CNT/Ecoflex CEFs的制備過程示意圖及部分結果。

圖2.CNT/Ecoflex CEFs的結構、力學、電學和力電響應性能的部分表征結果。

基于不同CNTs濃度的CNT/Ecoflex CEFs所具有的不同力學和電學性質，本工作成功研制出多種可穿戴電子器件，并展示了其生物醫學應用潛力：基于1wt% CNTs濃度CEFs所具有的優異力-電響應靈敏度、工作範圍和彈性，将其開發為能夠監測手指、肘部、肌肉運動等人體力學信号的高靈敏度、大工作範圍、耐用且防水的可穿戴應變傳感器（圖3A-D）；基于具有高導電性的5wt% CNTs濃度CEFs，與具備優異可壓縮性的熱發泡Ecoflex薄膜相結合，開發出了用于人體壓力信号強度和位置監測的多層式壓力傳感器（圖3E-H），并利用其焦耳熱效應開發出了用于人體溫度管理的可穿戴電加熱器（圖3I-L）。

圖3.CNT/Ecoflex CEFs的多功能可穿戴器件應用潛力。

綜上所述，本工作采用一種簡單的、可擴展且經濟高效的方法成功制造了具有優異性能和多功能應用潛力的CNT/Ecoflex CEFs，有望在未來通過改良制備裝置實現大規模量産，并與各種材料和器件體系相結合以構築導電彈性表面，最終将可能應用于包括生物醫學在内的多個行業領域。

該研究得到了國家自然科學基金、海南省自然科學基金、海南省臨床醫學中心項目等資助。365英国上市官网在线為第一完成單位，365英国上市官网在线碩士生呂康浩為論文第一作者（共一排一），本科生闫怡童為第二作者，我院趙國旭副教授、西安交通大學生命科學與技術學院徐峰教授以及海口市人民醫院康複醫學科宋振華主任醫師為論文共同通訊作者。

論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157534

編輯：趙國旭

初審：周非凡

終審；張雲竹