【材料課堂】智能可穿戴裝備輕柔關鍵材料大盤點

第1代柔性導電纖維以傳統(tǒng)導電金屬為原料，并將金屬材料設計為可拉伸結(jié)構，但面臨著服用性能差、導電不穩(wěn)定等問題。

第2代柔性電極是以高分子聚合物作為彈性電極材料，盡管其穩(wěn)定性、導電性并不理想，但工藝簡單，可設計性強，材料來源廣，是目前研究最廣的制備彈性電極的方法。

第3代方法是以特殊紡織紗線為基底，與導電纖維通過一定方式結(jié)合制備彈性電極。

從第1代柔性傳感材料發(fā)展到今天，帶有電學傳感功能的纖維或纖維集合體已經(jīng)成為一個熱點研究領域。服裝作為可穿戴電子器件的理想載體，促使可穿戴電子材料向質(zhì)輕、高柔韌性、導電強等方向發(fā)展。

隨著納米技術的發(fā)展，以石墨烯和碳納米管為代表的納米碳材料，因同時具備導電性和優(yōu)異的力學性能引起了學者的關注。有學者將多根碳納米管集結(jié)成束然后加捻為股線，實驗測得的碳納米管束的傳感系數(shù)為75，這一優(yōu)良性能足以使碳納米管成為新一代的應變傳感材料。

納米金屬粒子粒徑小，具有高電子密度、介電特性和催化作用。有學者在纖維織物上沉積納米銀，制備了導電性與彈性俱佳的復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，盡管金屬納米顆粒的長徑比極小，但在復合物中均測得了高導電性和高彈性。

高分子聚合物是一種柔彈性好、導電性能優(yōu)異的材料，常用的有聚苯胺、聚吡咯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷等。高分子聚合物同樣存在著電性能與拉伸性能難以兼顧的缺陷，許多學者提出了將現(xiàn)有的良好導電材料與彈性材料機械共混的實驗方案。如將導電高分子和高彈性的聚氨酯原料機械共混，制備的導電聚合物電導率較高。

導電聚合物覆蓋在天然纖維上也是制備柔性導電纖維的方法之一。研究發(fā)現(xiàn)，炭化蠶絲或再生絲素蛋白具有良好的導電性能，可用于能量轉(zhuǎn)換和存儲。吉林大學化學院提出了一種對于可穿戴顯示器、傳感器等非常理想的多環(huán)芳烴棉聚合涂層導電織物，所得織物具有優(yōu)良的抗腐蝕性、自潔能力、導電性能并且可作為電容介質(zhì)。