可拉伸导电纤维具有重量轻、柔韧性好、易于集成到功能性纺织品或设备中等特点，在可穿戴电子领域引起了广泛关注。然而，导电纤维在大形变下会面临高导电性和大应变之间的矛盾，这限制了它们的广泛应用。

近日，北京航空航天大学赵勇教授和王女副教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Multifunctional ultraelastic helical conductive yarn for motion detection and human-machine interaction”。研究者通过简单的静电纺丝、聚多巴胺辅助银纳米粒子沉积和加捻的方法，制造了PU多功能弹性螺旋导电纱线（HCY）。聚多巴胺（PDA）中间修饰层的引入促进了导电 AgNPs 和弹性 PU 纳米纤维基质之间的结合，展示了稳健的结构稳定性和电气性能；螺旋结构可以通过线圈的非平面运动缓解局部应力集中，从而提高纱线应变范围。

此外，HCY在 700% 的范围内实现良好的恢复性、出色的耐久性（200% 应变循环 40000 ）和最大导电应变高达 1200%。此外，HCY 还具有优异的焦耳加热能力、出色的抗菌性能，并可用作快速响应的应变传感器，适用于人体运动监测和人机交互应用。该材料在智能便携式和可穿戴电子设备中具有潜在的应用前景。

图1：螺旋导电纱线的制备示意图及多功能应用图。

通过静电纺丝技术、聚多巴胺辅助沉积和加捻技术制备了螺旋导电纱线。SEM图像显示在PU纳米纤维膜中观察到平滑和交错的3D网络，在聚多巴胺修饰之后，所得的PU/PDA纤维膜表面变得粗糙，并且它们的平均直径略微增加。由于PDA 表面改性层具有丰富的羟基和氨基活性位点，可稳定螯合Ag+并促进AgNPs的均匀沉积。SEM图像显示，AgNPs在各个纤维上有规律且紧密地分布，提供交错和互连的高导电3D网络高速公路，而后续的加捻工艺使纤维形成稳定的螺旋结构，各导电层之间紧密结合，有利于电子传输。（图2）。

图2： HCY制备过程中 SEM 图像和EDS图像。

如图3所示，由于良好的导电性以及可穿戴设备的实际需求，HCY 可用作焦耳加热器，并表现出优异的稳定性。凭借 AgNPs 的天然抗菌特性，HCY 对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也表现出很强的抗菌性能。凭借电热稳定性和抗菌性能，HCY 显示出在多功能可穿戴纺织品方面的巨大潜力。

图3：HCY的焦耳加热和抗菌性能。

图 4. HCY 作为可拉伸传感器在运动检测和人机交互中的应用。

此外，HCY在检测人体应变信号方面和摩尔斯电码输出方面表现出良好的应用前景。作为可穿戴传感器，通过集成设计连接微处理器和终端，实现机械手或家用电器人机交互的控制。因此，HCY 在智能人机交互和手语识别方面表现出巨大的潜力，对多功能弹性可穿戴电子设备设计制备具有重要意义。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155143

人物简介：

赵勇，北京航空航天大学化学学院教授，博士生导师，主要研究方向为仿生多尺度微纳米纤维材料在能源、催化、智能织物等领域的应用。在 Nature, Nature Commun., PANS, Prog. Polym. Sci. J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Matter, ACS Nano, Small, NPG Asia Mater., Adv. Healthcare Mater.等国际期刊发表一百五十余篇学术论文，引用超过12,000次。

王女，北京航空航天大学副教授，博士生导师，主要从事静电纺丝法制备多尺度结构微纳米纤维材料及其功能化研究，在仿生高强度微纳米纤维材料的制备及力学/电学性质研究、超浸润微纳米材料的设计制备方面开展了系列工作。近几年在国内外学术期刊上发表论文50余篇，申请国家发明专利20余项。