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  可穿戴電子設備是指可以作為附件穿佩戴或植入人體的柔性智能電子設備。它們不僅可以用作生理監測或生物醫學傳感器，而且也廣泛應用于包括能量轉換和與存儲、無線通信、無線充電及人機界面等系統。柔性可穿戴電子要求其本身在穿戴者日常生活及運動期間具有良好的機械順應性，以實現良好的信號采集質量，并且要求輕量化耐用。將具有可拉伸性及導電功能的纖維織入紡織品中是制備服裝形式的柔性可穿戴電子產品的一種方法，賦予織物以傳感及信息處理等功能。

  日常生活和運動中總是涉及到水環境，例如下雨、洗澡和游泳等。把可穿戴電子設備應用于水下，可以有效地檢測或分析穿戴者的水下活動特征，例如運動員在雨中或水中訓練時可實時監測其電生理信息變化。水下可穿戴電子也可用于檢測水下生物的活動。因此，設計能夠在全水環境下可靠工作的可拉伸導電纖維對于發展水下可穿戴電子產品，尤其水下可穿戴電子織物是非常重要的。雖然已經有一些工作研究了具有防水潑濺的導電纖維，但是尚未有工作系統地研究可在全水環境中且高應變下仍具有良好導電性及使用安全性的可拉伸導電纖維。因此系統地研究柔性可穿戴電子設備在全水環境中的安全性，以及在拉伸狀態下的功能完善性及在全水環境中的耐久性，對于未來具有可拉伸性的可穿戴電子設備的實際應用至關重要。

圖1. 芯鞘結構的可拉伸導電纖維（CSCF）用于水下可穿戴電子。a) CSCF結構示意圖；b) CSCF制備過程。

  為使柔性可穿戴電子產品在日常生活及運動中能夠像普通穿戴織物一樣在空氣和水環境中均可穩定地使用，北京師范大學劉楠教授團隊設計并制備了一種可安全穩定地應用于水下環境的可拉伸導電纖維（CSCF），拉伸狀態下的CSCF可以在全水環境和一些惡劣環境（例如超聲處理）中長期安全使用。此CSCF（直徑約30微米）由Lycra（聚氨酯）纖維、多壁碳納米管（MWCNT）、銀納米線（AgNWs）和苯乙烯-（乙烯-丁烯）-苯乙烯（ SEBS）從內到外依次復合而成。

圖2. CSCF結構和表面形態。a) CSCF的縱向結構；b)不同應變下的CSCF電鏡圖片；c)CSCF與人類頭發直徑比較。

  把MWCNT、AgNWs依次噴涂到預應變的單根Lycra纖維上，可得到具有高拉伸性的導電纖維（在100％應變下，ΔR/R₀?0.1；在50％應變下，循環拉伸穩定性> 100,000次）。表面SEBS涂層能夠顯著減少電流（在5 V時<1μA）及有毒元素（Ag）的泄漏，從而避免危害人體健康。在具有彈性、生物友好性的SEBS保護下，CSCF可以被組裝成可拉伸電感線圈，并可應用于水下無線充電。

圖3. CSCF作為可拉伸電感線圈應用于水下無線充電。a) 水下無線充電貼示意圖；b)無線充電電路圖；c)無線充電貼細節圖；d)無線充電貼貼附于黑色游泳衣上；e)水下可拉伸無線充電貼水下展示；

  這項研究設計制備了一種可安全用于水下的可拉伸導電纖維，這是首次系統地研究可拉伸導電纖維在全水環境中使用時的性質特征，并在此基礎上有望開發出實用的水下可穿戴電子產品。但后續研究仍然有一些挑戰需要克服，例如水中兩根或多根導電纖維之間的可靠連接、對人體安全性的深入評價、更低能耗及高質量的信號傳輸等。 

  以上成果發表在Advanced Materials Technologies, 2019, DOI:10.1002/admt.201900880上。論文的第一作者為北京師范大學化學學院博士生張巖，從事低維材料的柔性可穿戴研究，通訊作者為北京師范大學劉楠教授。課題組網站：http://chem1.bnu.edu.cn/liunan/

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.201900880