01研究背景
柔性电子在包括信息和人工智能在内的各个时代都具有革命性意义，且在此时代，人和机器高度互联与集成。作为柔性电子产品的一种，可穿戴电子产品提供了一种新型的便携式电子设备，其未来有可能改变我们日常生活中信息存储、显示和数据传输的形式。例如，可穿戴医疗保健电子设备可用于及时、方便地监测人体健康，随时随地进行健康评估和疾病诊断。基于纤维的电子材料是可穿戴电子系统中必不可少的最基本组件，因为纤维状的形状使其易于集成到可穿戴设备中，并且具有出色的结构灵活性。机械性能，例如大应变范围、韧性和超高强度，对于它们作为导电和敏感材料的性能非常重要。它们还为可穿戴电子设备提供了相当大的可扩展性、稳定性和耐用性。聚合物基纤维由于其特殊的分子网络和结构设计，可实现1200%的拉伸性，并且具有绝缘性能。然而，本征导电聚合物的拉伸范围通常小于200%，这主要是因为聚合物中大量的刚性连段。增加聚合物的电导率会导致拉伸性降低，而提高拉伸性能会导致强度降低。目前可以通过以下方法来提高聚合物纤维的拉伸性能。首先，在预应变聚合物纤维上涂覆导电材料，如金属薄膜和碳纳米管（CNT），可以制成具有大拉伸范围的可拉伸导电纤维，并且可以拉伸到初始预应变值。另一种方法是通过将导电材料掺杂和嵌入可拉伸聚合物中来生产延展性导电纤维。然而，导电材料降低并破坏了这些可拉伸材料的机械性能，因此，导电纤维的机械强度有限。最近，人造蜘蛛丝聚合物已经开发出来，其机械强度约为1.5Gpa，接近钢丝的强度，但它们的最大延展性限制在40%。似乎延展性和强度是矛盾的，这使得很难开发兼具强韧性和大延展性的材料，尤其是导电材料。导电纤维的机械强度和韧性应接近织物的机械强度和韧性，以满足可穿戴电子设备的耐用性和稳定性要求。
02工作内容
近期，西北工业大学黄维院士课题组制备了一种机械强度为17.6MPa，拉伸率为760%的超坚固和可延展的导电纤维，有望用于可穿戴电子设备。纤维机械传感器在检测微应变（0.0075%）和振动（低于 40 Hz）方面的出色能力，使该传感器可用于跟踪和评估与人体健康相关的微弱生理信号。作者还展示了一个由分布式传感器网络组成的可穿戴医疗保健系统，用于监测生理信号和身体姿势。在获取尽可能多的健康信息和使用尽可能少的传感器之间需要权衡取舍。预计纤维状机械传感器可以缝入衣服中，形成智能电子服装，这将为未来评估人类健康状况提供一种新方法。该工作以题为“Ultra-Robust and Extensible Fibrous Mechanical Sensors for Wearable Smart Healthcare”发表于Advanced Materials（doi:10.1002/adma.202107511）。