实现可拉伸生物电子在可穿戴设备、生物医学植入物和软机器人中的全部潜力，需要具有本质柔软、高度导电和应变弹性的导电弹性复合材料。然而，现有的复合材料通常由于在应变下破坏导电路径而损害电耐久性和性能，并且严重依赖于高含量的导电填料。在这里，
Zheng Yan团队
提出了
一种原位相分离方法，该方法有助于微型银纳米线的组装，并在孔表面形成自组织渗流网络。所得纳米复合材料具有高导电性、应变不敏感和耐疲劳性，同时最大限度地减少了填料的使用。它们的弹性植根于多尺度多孔聚合物基体，这些基体能消散应力，刚性导电填料能适应应变引起的几何变化。值得注意的是，多孔微结构的存在降低了渗滤阈值（Vc = 0.00062）增加48倍，并且即使在超过600%的应变下也能抑制电降解。理论计算得出的结果与实验结果在数量上一致。通过将这些纳米复合材料与近场通信技术配对，我们展示了可拉伸的无线电源和数据传输解决方案，这些解决方案非常适合皮肤接口和植入生物电子。该系统实现了无电池无线供电和对一系列汗液生物标志物的传感，即使在50%的压力下，性能变化也不到10%。最终，我们的战略为各种应用提供了广泛的材料选择。
具有高导电性、应变不敏感性能和类皮肤机械柔顺性的软弹性导电复合材料对下一代软机器人以及皮肤安装和植入设备至关重要。它们在生物医学诊断、电子皮肤和人机界面方面发挥着关键作用。由软传感器和刚性电子元件组成的系统级生物电子设备需要透气传感器和应变弹性导体，它们提供卓越的机械公差。目前的使能技术利用分散在弹性体基质中的导电填料，从纳米颗粒、纳米线/纳米管到纳米片。尽管液态金属基复合材料已被证明是可行的解决方案，但它们对泄漏的易感性、高负载的必要性以及电子部件在长时间暴露后不可避免的界面腐蚀都带来了挑战。
由于渗流理论，与其他填料相比，具有高纵横比的金属纳米线是优选的，以实现高导电复合材料，因为它们显著降低了渗流阈值。最近的努力涵盖了从制造具有显著导电性的银纳米线（Ag-NW）纳米复合材料到具有易于图案化的超薄纳米膜。尽管如此，仍然存在持续的挑战，包括明显的机电耦合、循环疲劳试验中的快速降解、繁琐的配体交换过程以及大量填料负载（60-80%重量）的必要性。最大限度地减少填料的使用对于实现成本效益、降低宏观刚度和增强拉伸性至关重要。此外，纳米复合材料的宏观拉伸通常会减少渗流路径的重叠，从而损害其电学性能。应变诱导的聚合物中导电填料的自组织和重排是一种很有前途的策略，然而在微观水平上从聚合物中合成和分离填料从根本上是具有挑战性的。
多孔弹性体导体具有高透气性、超柔软性和大表面积的特点，可广泛应用。
各种技术，包括硬模板法、冷冻干燥法、乳液法、呼吸图法和静电纺丝法，已被用于引入多孔结构。
具体而言，已经实现了具有显著透气性的多孔Ag-NW弹性体复合材料。
然而，这些方法通常产生具有显著机电耦合的材料。
此外，相分离因以简单、经济高效和无模板的方式产生互连和可调的多孔聚合物结构而获得了相当大的关注。
代表性应用包括热管理、传感、催化、储能和水净化。
此外，通过在聚合物基体中嵌入导电填料，相分离已被应用于生产多孔导体。
然而，这些材料通常缺乏应变不敏感特性。
在这里，我们报道了Ag-NWs从多孔聚氨酯（PU）基质中的一步原位相分离（图第1a段）。这一过程促进了Ag纳米颗粒的微观组装，在孔隙表面形成自组织渗流网络。因此，我们实现了一种导电相分离的多孔Ag-NW纳米复合材料（PSPN），其具有极低的渗滤阈值和应变不敏感的电学性质。后者源于耗能多孔PU微观结构和适应性Ag-NW导电通路的协同作用，即使在显著的宏观应变下也能保持有效的电子传输（图1b，c）。我们证明了尽管Ag NW体积分数较低，但同时实现了机电解耦、超低渗流阈值和显著的电导率。该策略还消除了Ag-NW基复合材料通常需要的配体交换过程。利用这些独特的特性，我们将PSPN与基于近场通信（NFC）的技术相结合，为皮肤接口和植入式生物电子设备实现无线电力传输和数据传输。
详情请移步原文：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01658-6
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