电子织物（E-fabrics）将功能材料集成到织物中，在创造先进的可穿戴设备方面具有巨大潜力。文章提出了一种创新的TD策略，将浸渍和涂覆工艺分开，设计不同阶段的相互作用强度。该方法采用Triton X-100 (Triton)，促进GO渗透，实现强大的粘附力并增强织物性能。该过程示意性地呈现（图1）。在GO浸涂之前，Triton快速润湿PMF，并在部分溶胀下通过其辛基嵌入聚丙烯(PP)，形成功能层。在浸渍过程中，Triton的非离子性和聚乙二醇链段可以在有限的相互作用下实现均匀的GO渗透，而在涂覆过程和干燥过程中通过氢键形成强相互作用。还原为rGO后，氢键减弱，而Triton的苯基和rGO涂层之间的π-π堆积相互作用进一步稳定了结构，增强了所得电子织物的导电性和长期耐用性。通过在装配线上多次进行GO浸涂和还原(rGO-PMF-n)循环来生产保形rGO涂层PMF，从而演示了这一策略。深度分析表征和分子动力学模拟证实了设计的相互作用，可提高GO和rGO的渗透性和粘附性，确保导电性和长期稳定性。
图1.TD策略和rGO-PMF合成的示意图。它显示了制备、GO浸渍、GO涂层和还原过程中界面和微观视角的相互作用。
共形rGO层为PMF带来了高导电性和良好的耐磨性。对其结果进行了微观表征，其中rGO标记为橙色，PP标记为蓝色。展示了PMF的示意图（图2a）。扫描电子显微镜(SEM)图像显示直径范围为1至5 μm 的无取向纤维结构（图2b）。PMF纤维在熔喷制造过程中具有光滑的表面（图2c）。经过16个循环的浸涂处理和还原后，纤维表面被保形rGO层涂覆，rGO桥在rGO-PMF-16的交叉位点连接纤维（图2d和2e）。此外，纤维捆绑在一起，形成束间间隙，从而赋予透气性。桥和堤坝结构还创建了穿过纤维的电子路径的捷径，以增强导电性。一系列SEM图像显示了rGO纳米片如何通过不同的浸涂处理周期来塑造rGO-PMF。此外，放大单纤维表面，观察到 rGO 纳米片的皱纹和边缘（图 2f），证明了共形rGO层。。
图2.PMF和rGO-PMF的示意图和微观表征。a，PMF的示意图。b，PMF的SEM图像。c，图2b中标记部分的SEM图像。d，rGO-PMF-16的示意图。e，rGO-PMF-16表面的SEM图像。f，图2e中标记部分的SEM图像。g，rGO-PMF-16内部视图示意图。h，rGO-PMF-16在65 μm深度处的SEM图像。i，图2h中标记部分的SEM图像。j, rGO-PMF-16单纤示意图。k，rGO-PMF-16单纤维截面图的HRTEM图像。l，图2k中标记部分的HRTEM图像。比例尺：20 μm（b、e）、2 μm（c、f、i）、10 μm（h）、500 nm（k）和10 nm（l）。
考虑到制备过程中功能性Triton层的构建受表面自由能和溶液溶解度参数的影响，选择不同的溶剂和表面活性剂进行测量并计算了PP和不同溶液的表面自由能差值（D值）。单次浸涂处理的电导率结果被测量成热图（图3a）。通过垂直比较数据，可以观察到较大的D值会导致混合溶液中的表面润湿程度更高，这提高了表面功能化的效率，从而提高了电导率。然而，阳离子表面活性剂BEC和DDBAC被淘汰，因为它们的相互作用导致形成三明治状的GO结构，覆盖纤维之间的间隙并破坏透气性。而Triton是一种非离子表面活性剂，可保持保形的织物结构（图3b）。Triton分子在去离子水和EA中的1000 ps期间保持附着（图3c），对于坚固的GO涂层，重新评估并分析了8分钟Ar气体团簇离子束(GCIB)中GO-Triton-PP界面中O 1s的结果（图3d）。
图3.TD策略机制。a，不同表面活性剂-溶液组合中单次浸涂处理的电导率热图。b，Triton、BEC和DDBAC组装的rGO-PMF-1的SEM图像。c，分子动力学模拟中Triton附件的示意图。d，O 1s GO-Triton-PP界面的XPS谱及其示意图。e，C 1s rGOTriton-PP界面的XPS谱及其示意图。
TD策略的普适性需要对各种普通聚合物/天然织物上的石墨烯进行研究。对8种织物进行单次浸涂处理，并组装各种电子织物，命名为rGO-X（图4）。XPS证明，这些聚合物织物没有进行表面预功能化。测试了废弃PMF(WPMF)、聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)作为非极性聚合物织物，显示出与采用TD策略的PMF类似的显着增强。而聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和热塑性聚氨酯(TPU)作为极性聚合物织物，与没有TD策略的结果相比，提高了其导电性。天然织物也与极性聚合物织物相似。显然，与其原始表面相比，石墨烯的标志性表面形态出现在保形涂层结构的rGO织物上。以及聚合物织物支架的多种织物微观结构之间电导率的变化。
图4.TD策略对不同普通织物单次浸涂处理的普适性。a-h，不同rGO保形涂层普通织物的SEM图像，rGO涂层织物在此图中呈橙色。i，具有/不具有TD策略的不同rGO保形涂层普通织物的电导率。数据以平均值±标准差表示。样本大小(n=5)代表每组五个独立制备和测试的织物样本。比例尺：1 μm（a、d）、5 μm（b、c、e、f、g和h）。
将制备、GO涂层和还原过程集成到有序的液相加工装配线中，以进行大规模生产（图5a）。制造参数已在试验装配线（图5b）中进行了优化，以实现高导电性和良好的耐磨性。通过不同的GO浸渍循环生产了200 m长的rGO-PMF卷，并在16个浸渍循环下实现了283.1 S m-1的最高电导率，相对偏差小于2.4%（图5c）。显然，电导率随着浸渍次数的增加而几乎呈线性增加，而相对偏差逐渐减小，这也表明生产中电导率波动的趋势越来越稳定。这种稳定的趋势在不同的环境条件下也出现。由于其超高的电导率和广泛的生产能力，rGO-PMF-16明显优于竞争对手（图5d）100倍以上。此外，生产成本仅为0.4 美元 m-2，比商业产品低10倍以上（图5e）。
图5.rGO-PMF-16的量产。a,中试装配线示意图。b、GO浸渍和涂覆工艺量产的光学照片。 c，rGO-PMF的电导率及其相对偏差。d、石墨烯基织物的导电性和生产规模比较。e、rGO-PMF-16与其他商用导电织物的生产成本比较。。
对于可穿戴电子设备（E-devices）来说，可穿戴性是另一个需要考虑的重要特性。rGO-PMF-16通过适度还原显示亲水性，而PMF是疏水性的（图6a）。它部分去除了含氧官能团并获得低于90°的接触角。特别是，经过Triton处理的PMF表现出优异的亲水性，水滴在366毫秒内被吸收。具体地，在外部N2流下，通过H型电解池右侧的气泡破裂来观察透气性（图6b）。它受益于保形涂层结构，其中rGO-PMF-16达到103.7 mm s-1。使用洗衣粉执行日常洗涤模拟（图6c）。经证实，具有优异的耐洗性，重量损失在2.3%以内，电导率下降在4%以内，并且具有优异的长寿命。此外，基于电子织物的可穿戴电子设备还需要抑菌和生物相容性。使用大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)检查抑菌作用（图 6d）。使用培养24小时的人成纤维细胞(HFB)评估生物相容性（图6e）。便捷的可处理性对于后端的电子设备至关重要。证明了可缝纫性，标记部分显示了棉线如何用缝纫机缝制两块rGO-PMF-16织物（图6f）。用rGO-PMF-16织物卷制作适合体型的T恤，以展示其可扩展的加工性（图6g）。
图6.多重耐磨性和作为电子设备通用平台的潜力。a，PMF和rGO-PMF-16亲水性的光学图像。b，rGO-PMF-16透气性的光学图像。c，洗涤rGO-PMF-16的光学图像。d，用rGO-PMF-16培养8小时的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的光学图像。e，用rGO-PMF-16培养24小时的人成纤维细胞的荧光显微镜合并图像。f，连接两块rGO-PMF-16的缝合线的光学图像。g，rGO-PMF-16制作的T恤的光学图像。h、日常生活中的电磁屏蔽示意图。i，rGO-PMF-16的EMI SE特性。j，日常生活中焦耳热的示意图。k，合金丝和rGO-PMF-16在商用加热服上的光学图像l，合金丝和rGO-PMF-16在商用加热服上的红外图像m，图6l中标记部位的温度分布。比例尺：1 cm (d)、50 μm (e)、5 mm (f)、10 cm（g、k 和l）。
问题1：什么是”时间解耦策略”（Temporal Decoupling Strategy），它如何解决高缠结织物中的”相互作用困境”?
解答:时间解耦策略（TD Strategy）是一种将浸渍（dipping）和包覆（coating）过程在时间上分离、分阶段设计不同相互作用强度的创新方法。利用弱相互作用，使GO纳米片能够均匀渗透到织物内部深处,通过干燥过程形成强相互作用（氢键），确保涂层的稳定性,还原为rGO后，氢键减弱，但π-π堆积相互作用进一步增强，维持结构稳定性.解决的”相互作用困境”：高缠结织物中，导电大分子（如石墨烯）面临两难:弱相互作用有利于均匀渗透，但涂层不牢固;强相互作用涂层稳定，但无法深入渗透，形成非共形结构（如三明治结构），堵塞纤维间隙，破坏透气性。
问题2：该策略为什么选择Triton X-100作为代表性表面活性剂？它的”三亲性”（triphilic）结构在其中起什么作用
解答：GO纳米片带负电，非离子表面活性剂不会与GO产生静电排斥（如阴离子SDBS）或过度吸引（如阳离子BEC、DDBAC），从而允许GO均匀渗透而不形成三明治结构。嵌入PP纤维，通过部分溶胀与聚合物紧密结合；提供氢键位点，与GO的含氧官能团形成强氢键。Triton在乙酸乙酯（EA）中附着于PP表面，并在水中保持附着，为后续GO的渗透和包覆提供了稳定的界面平台。
问题3：rGO-PMF-16 在可穿戴电子领域相比现有技术有哪些突破性优势？为什么作者认为”最大化原始电导率”不是正确目标？
解答：rGO-PMF-16在可穿戴电子领域展现出多项突破性优势：其电导率高达283.1 S m⁻¹，生产成本仅0.4 US$ m⁻²，电导率和生产规模均超越现有技术100倍以上，成本则比商业产品低10倍以上。作者之所以认为”最大化原始电导率”并非正确目标，是因为通过对比实验发现，虽然采用氢碘酸剧烈还原可将电导率提升至1214.8 S m⁻¹（提升4.3倍），但EMI屏蔽增益不足5 dB，收益明显递减，更严重的是织物因此变得疏水并丧失抑菌性，破坏了可穿戴性；相比之下，温和还原的rGO-PMF-16在保持高电导率的同时，完整保留了亲水性、透气性、耐洗性、抑菌性和生物相容性，真正实现了电子性能与可穿戴性能的最佳平衡，而这才是可穿戴电子织物发展的核心追求。
Conformal graphene coatings on ordinary fabrics for wearable electronic devices
https://www.nature.com/articles/s41467-026-73319-2
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