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  近年來，柔性可伸縮導電器件在超級電容器、納米發電機、傳感器和電子皮膚等領域受到越來越多的關注。由于彈性材料和嵌入結構的限制，在實際應用中，這些薄膜在一定的變形狀態下無法保持長期穩定的電性能。因此，基于形狀記憶功能的可固定和變形逆的柔性導電薄膜器件的研究能解決柔性電子薄膜器件實際應用的延展穩定問題。

  近日，西南交通大學鄭曉彤課題組從攀藤植物纏繞竹莖可以很好地提升力學穩定性的自然現象中獲得靈感，成功制備了一種基于納米纖維雙層網絡結構的具有高延伸率和形狀記憶特性的聚己內酯/聚乙二醇/銀納米線的復合薄膜(PPAFs)，金屬銀納米線如穿線般插入聚合物纖維中，形成相互纏繞的互穿網絡結構（圖一）。該仿生薄膜具有良好且穩定的導電性，它不僅可以在拉伸范圍內實現形狀固定和變形的可逆傳導，還可以在形狀記憶-回復周期內實現材料電阻與變形率之間的可編程特性。因此該材料在柔性器件以及微電路中具有重要的應用前景。

 圖一  具有互穿網絡結構的仿生PPAFs

  如圖二，該薄膜在同一變形率下進行形狀記憶循環實驗時，其電阻具有“記憶特性”，此外材料在其拉伸率范圍內仍處于導電狀態。相反地，對于同一樣品在形狀記憶-回復周期內對其進行連續的不同延伸率的變形時（即預拉伸，且預拉伸時的變形率要低于二次變形率），材料的電阻會出現驟增直至絕緣狀態，實現自身的“導電-絕緣-導電”的轉換，這也為材料在開關/轉換器件應用領域提供了一種可能。

圖二 PPAFs的電阻變化 （a）PPAFs的電阻隨彎曲次數的變化（b）在拉伸率為10%、30%、50%時， PPAFs在變形周期內的電阻變化 （c）在拉伸率為10%、30%、50%時，PPAFs在一個變形周期內的電阻變化 （d）PPAF在不同拉伸率下電阻平均變化值 （e）（f）PPAFs在不同變形率的連續變形下，電阻在變形周期內的變化 

  基于以上電阻特性，通過微電路和proteus仿真設計，成功實現了可編程電導率和記憶周期特性的PPAFs在監測、開關和報警裝置中的應用。

圖三  具有雙層網絡結構的PPAFs

PPAFs作為監測器件的應用

圖四 PPAFs作為檢測器件的(a)工作示意圖 (b)電路圖和工作時的（c）實時電阻和(d)電阻變化情況

PPAFs作為轉換器件的應用

圖五 PPAFs作為轉換器件的（a-h）工作示意圖和工作時的（i）實時電阻和（j）電阻變化情況

PPAFs作為報警器件的應用

圖六 PPAFs作為報警器件的（a、h）工作示意圖、（c）模擬微電路、（d）報警原理、（g）薄膜變形率和電阻的變化關系和（h）不同形狀記憶周期內的電阻變化曲線

  該研究的重要意義在于，設計了一種相互穿插的雙層網絡結構，使具有記憶特性和延展性的PPAFs實現高延伸形態下的可固定和變形可逆功能。通過對該仿生復合薄膜的檢測、轉換和報警等多模式下的設計及應用研究，展示了可編程特性的柔性導電薄膜的應用前景。

  相關研究論文發表：

  Pandeng Tang，Xiaotong Zheng*, Huikai Yang, Jing He, Zhiwen Zheng, Weiqing Yang, Shaobing Zhou. Intrinsically Stretchable and Shape Memory Conducting Nanofiber for Programmable Flexible Electronic Films. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b14430.

  https://doi.org/10.1021/acsami.9b14430