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  柔性電子是將有機(jī)或無機(jī)材料電子器件制作在柔性或可延展基板上的一種新興電子技術(shù)。與使用玻璃或硅片基板等材料制成的傳統(tǒng)剛性電子器件不同，柔性電子使用柔性基板和特殊制造工藝，以協(xié)同增強(qiáng)電子設(shè)備的機(jī)械和電氣特性。因此，柔性電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于柔性顯示器、傳感器、人造皮膚、電池、電容器、植入式生物電子等領(lǐng)域。

  近年來，基于各種傳統(tǒng)薄膜基板（包括聚酰亞胺和彈性體（例如，聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯、聚二甲基硅氧烷和Ecoflex）等）的柔性電子技術(shù)和器件取得了顯著進(jìn)展。然而，這些柔性薄膜電子通常表現(xiàn)出有限的空氣和水分滲透性，影響穿戴舒適性。研究表明，長(zhǎng)時(shí)間的皮膚和組織貼附可能引起濕熱不適，如潮濕感、濕黏感和皮膚炎癥。在嚴(yán)重情況下，這些器件還可能由于設(shè)備透氣性不足引發(fā)健康問題。

  目前，越來越多的研究者倡導(dǎo)使用超柔軟、可滲透、可拉伸材料作為柔性電子設(shè)備的基板，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、連續(xù)和可靠的使用性能。這些柔性電子設(shè)備可以在多孔彈性基板上制造，這些基板具有優(yōu)異的柔韌性以及較高的濕氣、空氣和液體滲透性。電紡納米纖維具有優(yōu)異的透氣性、皮膚貼合性、柔韌性和可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能，使得能夠制作出柔軟且具有良好的表面貼合性能的電子設(shè)備。其次，電紡納米纖維具有極高的表面積與體積比，有助于促進(jìn)高效電荷傳輸，并提高設(shè)備的靈敏度和響應(yīng)速度。另外，電紡納米纖維的多孔結(jié)構(gòu)不僅有利于功能性材料（如導(dǎo)電聚合物、納米顆粒和生物分子）的嵌入，還能有效模仿多樣化的細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性。通過摻雜不同成分，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的機(jī)械和電氣性能，從而擴(kuò)展其在柔性模塊中的應(yīng)用范圍。最后，電紡工藝的普適和低廉的成本使其適合柔性電子元件的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，基于電紡納米纖維的柔性電子設(shè)備在個(gè)性化生物傳感器、可拉伸電極、電容式傳感器、摩擦傳感器、壓電傳感器和納米發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域呈現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

  近日，上海理工大學(xué)王世革、李貴生，香港大學(xué)徐立之等人綜述了以靜電紡納米纖維作為基板的柔性電子器件的最新進(jìn)展，并探討了其多樣化和創(chuàng)新性的應(yīng)用。文中展示了使用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維所用的原料類型。隨后，作者深入分析了以電紡納米纖維為基板的柔性傳感器（生物傳感器、壓力傳感器等）、柔性能源傳感器（能量采集器、電池和超級(jí)電容器）及其他柔性設(shè)備（柔性顯示器和晶體管）的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用性能。最后，本綜述展望了電紡柔性電子未來面臨的挑戰(zhàn)，并提出了可行的解決方案來應(yīng)對(duì)這些問題。

圖1.多種基于靜電紡納米纖維的柔性電子產(chǎn)品的圖示。

圖2.幾種典型的柔性器件基底材料。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c13106

作者簡(jiǎn)介：

  王世革，教授、博導(dǎo)。從事無機(jī)非金屬類生物材料、醫(yī)用高分子材料的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。近年來關(guān)注生物材料 （如高分子微球、聚合物水凝膠等）的應(yīng)用及其相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)。在 Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Biomaterials, ACS Nano等知名期刊發(fā)表 SCI 論文 110 余篇（IF 大于 10 論文 30 余篇），他引超過 7000 次，H 因子 45，多篇論文入選 ESI 高被引論 文。主持科研項(xiàng)目包括國家自然科學(xué)基金面上基金等課題10余項(xiàng)。入選上海市晨光學(xué)者、上海市科技啟明星、揚(yáng)帆計(jì)劃等人才計(jì)劃�，F(xiàn)為香港大學(xué)訪問學(xué)者，港大先進(jìn)醫(yī)學(xué)儀器中心科學(xué)家。

  李貴生，教授（三級(jí)），博士生導(dǎo)師，上海市東方學(xué)者、曙光學(xué)者，上海理工大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)，主要從事環(huán)境催化研究工作，基于光/光電環(huán)境催化綠色技術(shù)，對(duì)環(huán)境污染物（水和氣）進(jìn)行控制處理與資源化。目前擔(dān)任中國光化學(xué)與光催化專業(yè)委員會(huì)委員，中國感光學(xué)會(huì)光催化專業(yè)委員會(huì)委員，上海市無機(jī)化學(xué)委員會(huì)委員，上海市物理化學(xué)委員會(huì)副主任，上海市新材料協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)等。以通訊或第一作者身份在環(huán)境與能源各類重要國際SCI期刊上發(fā)表了近130余篇高質(zhì)量論文，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., Adv. Func. Mater., Environ. Sci. Technol., ACS Nano., Appl. Catal. B-Environ., Nano Energy等，其中有20余篇論文入選全球引用前1%ESI高被引論文，同行他引用達(dá)8000余次，h-因子為50。目前完成及主持國家自然科學(xué)基金青年、面上項(xiàng)目等，獲得中國專利授權(quán)11項(xiàng)，獲2022年度上海市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（排名第一），連續(xù)兩年入選全球前2%“終身影響力頂尖科學(xué)家”和“2023年度全球前2%年度影響力頂尖科學(xué)家”。近三年面向本科生主要承擔(dān)了《無機(jī)非金屬材料學(xué)(英)》、《材料科學(xué)前沿》和《環(huán)境友好材料》三門課程，面向研究生主要承擔(dān)了《納米材料》等課程，指導(dǎo)研究生獲第十屆大學(xué)生新材料創(chuàng)新創(chuàng)意大賽二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。榮獲中國高等教育學(xué)會(huì)“校企合作雙百計(jì)劃(2021年度)典型案例一項(xiàng)（《需求和問題雙導(dǎo)向的協(xié)同育人實(shí)踐基地建設(shè)》）。

  徐立之，香港大學(xué)機(jī)械工程系助理教授。2009年本科畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)高等工程學(xué)院（導(dǎo)師呂廣宏教授）；2014年博士畢業(yè)于美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校材料工程系（導(dǎo)師John Rogers教授）；2015-2018年于美國密歇根大學(xué)化學(xué)工程系從事博士后研究（合作導(dǎo)師Nicholas Kotov教授）。2018年至今任教于香港大學(xué)機(jī)械工程系。研究方向?yàn)槿嵝苑律牧霞吧锛善骷３闪ⅹ?dú)立課題組以來，主持香港特區(qū)政府研究基金項(xiàng)目7項(xiàng)，以通訊作者在Nature Communications、 Science Advances、 Advanced Materials等期刊發(fā)表論文10余篇,申請(qǐng)專利6項(xiàng)。獲得2020 Croucher Innovation Award提名、2023 Microsystem & Nanoengineering青年科學(xué)家獎(jiǎng)、2024 GCIM Early Career Award、2024 iCANX Young Scientist Award等榮譽(yù)。更多信息可參考課題組網(wǎng)頁：https://www.xulizhi.hku.hk/。