DOI: 10.1016/j.mtnano.2023.100359

可拉伸电子产品的穿戴舒适度和性能调节是下一代电子皮肤的焦点。在此，研究者通过引入精细的图案化静电纺丝技术，开发了超薄、透气、可拉伸的电子产品。研究了图案化静电纺丝技术的原理，实验证明该技术对多种聚合物具有通用性。探究了静电纺丝时间和图案化孔径对图案化静电纺丝膜性能的影响。利用超薄图案化可拉伸热塑性聚氨酯静电纺丝膜（10μm）作为支撑层，将Ag纳米线和TPU/Ag纳米纤维相结合，构建了图案化纳米纤维复合网络。该图案化纳米纤维复合材料网络具有优异的拉伸性和导电性，而平均薄层电阻低至1.59Ω/sq，可拉伸至110%应变。纳米纤维复合网络的力电耦合性能由图案化静电纺丝膜的孔径控制，可用于稳定、透气、可拉伸的电极和应变传感器。因此，精细的图案化静电纺丝技术以及图案化纳米纤维复合网络的制备和调控为可拉伸电子器件开发提供了一种方法。

图1.PNCN的制备过程、表征及理论分析。（a）PNCN的示意图、照片和放大图。（b）PNCN的制备过程示意图。（c）PNCN的SEM图像和放大图。（d）使用平面收集器（左）和图案化收集器（右）时，静电纺丝过程的电场模拟。（e）使用（d）中的两种收集器产生的电场的电势与距离的关系图。电势方向分别利用水平箭头和垂直箭头显示在（d）的左侧。

图2.图案化静电纺丝技术的通用性和图案化电纺丝薄膜的性能。（a）图案化静电纺丝技术在五种聚合物中的通用性（比例尺：顶部和底部分别为500μm和100μm）。（b）图案化TPU NFs薄膜孔径随静电纺丝时间的变化。（c）图案化TPU NFs薄膜的应力-应变曲线。（d）不同孔径图案化TPU NFs薄膜的杨氏模量和断裂伸长率。

图3.PNCN的力电耦合性能、稳定性和透气性。（a）PNCN的机电性能。（b）PNCN放大的力电耦合性能。（c）和（d）透气、可拉伸电极的弯曲稳定性。（e）透气、可拉伸电极的可拉伸稳定性，插图显示了传感器在开始和最后循环期间的响应。（f）透气、可拉伸电极在25-120℃下的稳定性。插图显示了透气、可拉伸电极在120℃下200分钟的稳定性。（g）透气、可拉伸电极渗透性测试的照片。（h）PNCN、商用棉布、PDMS覆盖的试剂瓶以及打开的试剂瓶中的水分损失。

图4.透气电极在实际应用中的稳定性。（a）透气电极在水、酒精和盐水中浸泡后的稳定性。（b）透气电极在手指以及手指从伸直到弯曲90°时的电阻。（c）手指弯曲至90˚并持续200次循环时透气电极的归一化电阻。（d）与绿色LED串联并拉伸时透气电极的稳定性。（e）与蓝色LED串联并弯曲时透气电极的稳定性。

图5.PNCN作为可拉伸、透气应变传感器的应用及其在电子皮肤中的相应应用。（a）可拉伸、透气应变传感器的相对电阻变化和GF。（b-c）应变传感器在增加和减少应变下的可逆相对电阻变化。（d）可拉伸、透气应变传感器对手指弯曲的响应。（e）可伸缩、透气应变传感器对握拳的响应。（f）可拉伸、透气应变传感器对手腕弯曲的响应。