柔性可穿戴电子设备需要一种导电材料，该材料在经历大幅变形时既能保持优异的电学性能，又能具备机械韧性；然而，导电性与可拉伸性之间的固有权衡关系阻碍了此类材料的开发。本文，韩国江原大学Kyoung G. Lee、Bong Gill Choi 等研究人员《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Fluid-Dynamics-Engineered Graphene–Liquid Metal Hybrid Nanocomposite Ink for Highly Conductive and Stretchable Wearable Fiber Sensors”的论文，研究报道了一种由石墨烯、液态金属和热塑性聚氨酯组成的混合纳米复合墨水，该墨水可形成机械韧性强且导电性高的网络结构。
该墨水通过流体动力学辅助工艺制备，实现了石墨烯剥离与液态金属纳米颗粒均匀分散的同步进行。随后通过湿法纺丝制备出了具有连续且均匀分布网络结构的导电纤维。所得纤维具有高导电性、高拉伸性，并在反复拉伸和弯曲变形下表现稳定；而基于该纤维的电化学 Na⁺ 传感器则展现出高灵敏度、优异的选择性、快速响应和长期稳定性。此外，将纺织集成传感器与无线模块相结合，实现了对人体汗液中生理信号的实时监测。本研究为多功能导电墨水的设计提供了一种可扩展的策略，并突显了混合纳米复合材料在下一代可穿戴电子设备和医疗保健应用中的潜力。
Figure 1.Schematic illustration of the preparation of Gr@LM/TPU via a fluid-dynamics-assisted process and the fabrication of Gr@LM/TPU fibers through wet spinning for wearable sweat-sensor applications.
本文提出了一种通过TC流辅助策略制备的可扩展Gr@LM/TPU混合纳米复合材料墨水，该策略可同时实现石墨烯（Gr）的剥离和LM的均匀分散。该纳米复合材料的协同导电网络有效克服了电导率与机械拉伸性之间的固有权衡。优化后的复合纤维展现出高导电性（高达 6908 ± 14.4 S m–1）和高拉伸性（≈220%），并在反复变形下具有优异的机电稳定性。得益于这些特性，基于该纤维的 Na+ 传感器表现出接近能斯特（Nernst）模型的灵敏度、高选择性，并在机械应变下保持稳定性能。重要的是，通过人体佩戴实验验证了该系统在运动过程中对汗液中钠离子的可靠实时监测能力，且该监测过程依托于无线数据传输和优异的生物相容性。本研究建立了一个用于设计多功能导电油墨的通用平台，突显了混合纳米复合材料在下一代可穿戴电子设备和健康监测系统中的应用潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.6c02831
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