技术背景：可穿戴电子设备向舒适化、集成化发展，纤维状摩擦电传感器（TES）因柔韧性、纺织兼容性成为核心平台，但存在两大瓶颈：

1、电极问题：传统导电纤维（碳基、金属颗粒等）在大应变下电阻波动剧烈，LM 基电极需复杂激活（加热/激光）且应变范围窄（通常 < 400%）；

2、性能问题：纤维表面积有限，摩擦电荷密度低，传感灵敏度不足。

因此，需要开发兼具高应变不敏感性、高传感性能与多功能集成的摩擦电纤维。

近日，东南大学吴俊教授、石琼峰教授与新加坡国立大学Chengkuo Lee教授合作，通过同轴湿纺工艺制备了一种基于液态金属（LM）- 银纳米线（Ag NWs）协同网络的多功能摩擦电纤维，核心解决了传统纤维电极应变下导电性不稳定和摩擦电荷密度低的难题。一方面，银纳米线桥接液态金属微滴形成的三维导电网络，有效解决了传统纤维电极在大形变下的电阻波动问题，在拉伸至 740% 时仍展现出高达 1.07×10⁵ S/m 的极高导电性。值得注意的是，银纳米线诱导的应力集中效应，结合驱动的毛细作用，可在低应力下轻松引发液态金属表面氧化物层破裂，简化了传统液态金属基电极固有的激活流程。另一方面，利用液态金属与银纳米线掺杂所产生的电荷捕获效应及介电优化设计，摩擦电输出得到显著提升，且具备高灵敏度与良好线性度。得益于其优异的拉伸性能、导电性能及摩擦电输出性能，该摩擦电纤维可应用于应变不敏感的多功能场景，包括构建虚拟交互智能手套、动能收集、焦耳加热及电磁干扰（EMI）屏蔽等，为下一代智能纺织品开辟了新路径。相关研究成果以“Liquid Metal and Silver Nanowires Synergic Network-Enabled Triboelectric Fiber for Strain-Insensitive Multifunctional Applications”为题目，发表在期刊《Advanced Fiber Materials》上。

图1 多功能摩擦电纤维的制备与表征。

核心性能表征

1、电极性能（应变不敏感性）

导电稳定性：拉伸至 740% 时导电率仍达 1.07×10⁵ S/m，电阻变化率（ΔR/R₀）仅 8，远优于传统电极（如 SEBS/GaIn 合金在高应变下 ΔR/R₀显著更高）；

激活特性：50% 应变即可触发 LM 氧化物层破裂，无需额外加热/激光处理，激活后电阻稳定在 7Ω 左右；

机械耐久性：10000 次拉伸循环后电阻波动仅 ±10%，压缩、弯曲、扭转下导电性能无衰减。

2、摩擦电性能（增强型输出）

传感灵敏度：0-163 N 压力范围内线性灵敏度0.05 V/kPa（R²=0.99），响应时间 50s、恢复时间 20s；

输出特性：1cm 长纤维输出电压 0.68V，5cm 长纤维达 2.27V（接触面积依赖）；与 PTFE 织物编织成 TENG，最大输出电压 155V，功率密度36μW（100 MΩ 负载）；

稳定性：超声处理 24h、11000 次工作循环、存放 3 个月后输出性能无衰减。

3、附加性能

生物相容性：100% 纤维提取物培养 HaCaT 细胞，存活率达93.5% ，优于商用纤维；

机械性能：最优配方（LM/Ag NWs@30%）断裂应变 740%，拉伸强度 7.1 MPa。

图2应变不敏感摩擦电极。

图3摩擦电性能增强。

图4虚拟人机界面（HMI）自供电交互系统。

多功能应用场景

1、自供电虚拟交互：将 5 根纤维集成于手套关节，通过手指弯曲产生的电信号（不同手指对应特征波形），实现 VR 射击游戏的手势控制（前进、后退、射击、换弹、下蹲）；

2、动能收集：织物型 TENG 可将人体运动机械能转化为电能，成功点亮 60 颗串联 LED，230s 内为 22μF 电容充电至 1.2V；

3、焦耳加热与热疗：低电压驱动（0.2-1.4V），1.4V 下 1 分钟内表面温度从 25℃升至 81℃，300% 应变下温度稳定，可集成于手套/护膝实现局部热敷；

4、电磁干扰（EMI）屏蔽：织物在 2.17-3.3 GHz 频段屏蔽效能达51 dB（阻断 99.99% 电磁辐射），300% 拉伸下仍保持 50 dB 以上屏蔽效果，优于传统金属涂层织物。

图5焦耳加热和电磁干扰屏蔽。

结论：

本研究通过经济高效的同轴湿纺工艺，成功研发出一种基于液态金属（LM）- 银纳米线（Ag NWs）协同网络设计的高拉伸性、超稳定性与多功能性摩擦电纤维。通过集成银纳米线桥接的液态金属导电网络，电极层在 740% 应变范围内展现出优异的导电稳定性，且仅需轻微应力即可实现快速激活，为纤维在极端拉伸条件下的性能可靠性提供了结构保障。同时，超声诱导形成的液态金属氧化物半导体界面所提供的电荷捕获位点，结合银纳米线优化的摩擦电层介电性能，突破了纤维状摩擦电传感器（TES）的固有性能局限，使其具备高灵敏度的压力响应能力，并能提供足以驱动发光二极管（LED）和为电容器充电的功率密度。

此外，利用该多功能摩擦电纤维构建了用于虚拟现实（VR）交互的自供电智能手套，实现了被动传感与信号反馈的闭环控制，验证了其在人机交互（HMI）领域的实用价值。值得注意的是，纤维的高导电网络还赋予其优异的焦耳加热性能（在 1.4 V 电压下，60 秒内可升温至 81℃）和高达 50 dB 的电磁干扰（EMI）屏蔽效能，即便在 300% 应变下仍能保持功能稳定。这种集自供电传感、能量收集、焦耳加热与电磁辐射防护于一体的耦合特性，突破了单一功能器件的局限，为下一代自适应可穿戴系统提供了全新的材料架构与制备策略。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-025-00634-6