DOI:10.1016/j.pmatsci.2020.100704

导电聚合物（CPs）具有可调节的物理/化学特性、机械柔性、重量轻、掺杂可逆、良好的生物相容性和可批量生产等优点，因此有望成为许多基本应用中的有机半导体。但是，CPs在常规处理方法中尚未实现其预期的应用潜力。电纺丝是一种简单且高度通用的技术，可用于由各种聚合物和复合材料大量制备连续超细纤维。电纺纤维具有均匀性、多孔性、大比表面积和高机械强度等优点，从而为CPs打开了新的应用领域，解决了许多与聚合物适用性相关的问题。但是，由于CPs易溶且易碎，因此需要特定的静电纺丝策略。为了解决这个问题，研究人员已开发出不同的方法，包括将CPs直接电纺到纤维中、CPs和其他可纺载体聚合物的共混静电纺丝以及合成电纺纤维-模板。本文综述了近年来利用静电纺丝技术制备CP基超细纤维的研究进展，并对其导电性、润湿性、机械性能和热性能等进行了表征，上述性能均可通过改性进一步加以改善。重点介绍了电纺CP超细纤维在生物/化学传感器、人造肌肉、神经电极/界面、组织再生、受控药物释放、柔性/可拉伸电子设备、能量存储和电磁干扰屏蔽材料中的潜在应用。此外，还提出了当前的挑战和未来的机遇。

图1.（a）几种CPs的化学结构。（b）CPs的电导率范围。

图2.电纺结构的各种形态和微观结构：（a）直纤维，（b）微球，（c）微型杯，（d）纳米多孔纤维，（e）微型丝带，（f）螺旋纤维，（g）一维胶体组装，（h）中空纤维，（i）具有四个通道的微管，（j）具有五个通道的微管。

图3.示意图显示了使用定向电纺PLGA芯/PEDOT壳微纤维模板合成PEDOT微管。

图4.同轴电纺丝的装置示意图。

图5.PANI纳米管的制备过程，PANI纳米结构的透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）图像。

图6.PEDOT纳米纤维的两步制备示意图。（a）静电纺丝设备和电纺后PVP纳米纤维的SEM图像，（b）EDOT聚合后气相聚合体系和PEDOT/PVP纳米纤维的SEM图像。

图7.CP基纤维阵列和扭曲的纤维微绳的SEM图像。（a）由滚筒收集的定向PANI/PVDF阵列。（b）通过往复式电纺丝装置制备的卷曲的PEDOT:PSS/PVP的定向纤维阵列。（c）通过扭曲纤维阵列获得的扭曲的PANI/PVDF微绳。

图8.光学图像显示了单电纺纤维的电导率测量值。（a）具有预图案化金电极阵列的SiO2/Si晶片。小金正方形的边长是50μm。（b）沉积在两个电极上的单电纺纤维。

图9.定向PCL和PCL/PANI纳米纤维的机械性能（PCL，0 wt％PANI；PCL/PANI-1，1 wt％PANI；PCL/PANI-2，2 wt％PANI；PCL/PANI-3，3 wt％PANI）：（a）应力-应变曲线、（b）拉伸强度、（c）断裂伸长率和（d）杨氏模量。与纯PCL纳米纤维相比有显著性差异（P<0.05，n=5）；与PCL/PANI-1纳米纤维相比有显著性差异（P<0.05，n=5）。

图10.（a）PANI-PAN同轴纳米纤维的SEM照片，（b）PANI-PAN同轴纳米纤维的TEM照片，（c）PANI-PAN纳米纤维膜的润湿角测试，（d）在PFOS掺杂的PANI-PAN同轴纳米纤维上，接触角作为探测液体pH值的变量。

图11.纯PPY、电纺PVDF膜以及由不同浓度（a）0.01 mol L-1、（b）0.05 mol L-1和（c）0.1 mol L-1的PY聚合浓度制备的PPY/PVDF复合纤维的TG曲线。通过6小时反应制备摩尔比为2/1的复合材料。

图12.（a）显示通过电纺丝制备电化学生物传感器的制备过程示意图。（b）PPY-MWNTs-PA6电极的SEM图像。（c）用于各种dsDNA-MB（双链DNA-亚甲基蓝）电极的DPV（差分脉冲伏安法）。插图：相关的校准图，其为wtp53浓度的变量，范围为0.1 pM至100 pM。

图13.（a）插图显示了通过将NH3连续注入测试室而获得的SPEEK/PPY纳米纤维的气体响应逐渐增加。（b）室温下氨浓度为500 ppm时SPEEK/PPY纳米纤维的响应/恢复曲线。（c）SPEEK/PPY核壳纳米纤维检测NH3的示意图。

图14.（a）显示用于制备电纺纳米纤维束的改良静电纺丝装置示意图。光学图像显示纳米纤维束悬在圆锥形平行电极之间。箭头（F1，F2）表示静电力方向。（b）在电压为-0.2至0.8 V的循环中，浸入1 M MSA中的纤维束的电化学驱动性能（应力1.028 MPa，扫描速率5 mV s-1）。（c）电纺PANI/CA（醋酸纤维素）驱动器的SEM和光学图像。（d）由正弦电输入供电的电纺PANI/CA驱动器的谐波响应，其激励频率为0.1 Hz，峰值电压为3 V；尖端位移的时间历程。

图15.显示用多功能聚合物涂覆的神经微电极的制备过程示意图：a）未涂覆的微电极，b）静电纺丝负载DEX的可生物降解纳米纤维后，c）用海藻酸盐水凝胶涂覆，d）然后将PEDOT电极电化学聚合，其位于水凝胶支架内DEX负载电纺可生物降解纳米纤维周围。

图16.肌管在随机PCL、定向PCL、随机PCL/PANI-3和定向PCL/PANI-3纳米纤维上分化5天并对细胞核（蓝色）和MHC（绿色）进行免疫染色的典型免疫荧光照片。

图17.在电纺纳米纤维降解程度不同的情况下，提出的DEX释放机理。

图18.基于定向电纺P3HT纳米纤维的有机场效应晶体管的示意图。

图19.（a）普通纸质基板上的纤维晶体管的图示。可以将Au纳米片S/D电极转移到聚苯乙烯-b-聚丁二烯-b聚苯乙烯（SBS）纳米纤维垫上，并在两者之间直接收集P3HT纤维。包含交联剂和离子分子的溶液吸附在SBS基板的表面上。紫外线辐射有助于在基板和介电层之间形成网络。金纳米片可以转移到用作栅电极的介电表面上。（b）晶体管的典型SEM图像。插图显示了180个设备阵列的选定区域（15×12）。（c）显示在ε=0.7下拉伸后观察到的晶体管阵列拉伸性的数字图像。（d）在ε=0.7的某个循环后晶体管传输特性的变化。在ε=0时进行测量。

图20.基于静电纺PEDOT纳米纤维的纺织品超级电容器的组装。（a）纺织层堆叠结构的示意图，（b）3平方厘米柔性全纺织超级电容器的照片，（c）活性材料（静电纺PEDOT纳米纤维）的电子显微镜图像，（d）隔膜（静电纺PAN纳米纤维）的电子显微镜图像。