柔性电子是将有机或无机材料电子器件制作在柔性或可延展基板上的一种新兴电子技术。与使用玻璃或硅片基板等材料制成的传统刚性电子器件不同，柔性电子使用柔性基板和特殊制造工艺，以协同增强电子设备的机械和电气特性。因此，柔性电子技术被广泛应用于柔性显示器、传感器、人造皮肤、电池、电容器、植入式生物电子等领域。
近年来，基于各种传统薄膜基板（包括聚酰亚胺和弹性体（例如，聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯、聚二甲基硅氧烷和Ecoflex）等）的柔性电子技术和器件取得了显著进展。然而，这些柔性薄膜电子通常表现出有限的空气和水分渗透性，影响穿戴舒适性。研究表明，长时间的皮肤和组织贴附可能引起湿热不适，如潮湿感、湿黏感和皮肤炎症。在严重情况下，这些器件还可能由于设备透气性不足引发健康问题。
目前，越来越多的研究者倡导使用超柔软、可渗透、可拉伸材料作为柔性电子设备的基板，以实现长期、连续和可靠的使用性能。这些柔性电子设备可以在多孔弹性基板上制造，这些基板具有优异的柔韧性以及较高的湿气、空气和液体渗透性。电纺纳米纤维具有优异的透气性、皮肤贴合性、柔韧性和可调节的机械性能，使得能够制作出柔软且具有良好的表面贴合性能的电子设备。其次，电纺纳米纤维具有极高的表面积与体积比，有助于促进高效电荷传输，并提高设备的灵敏度和响应速度。另外，电纺纳米纤维的多孔结构不仅有利于功能性材料（如导电聚合物、纳米颗粒和生物分子）的嵌入，还能有效模仿多样化的细胞外基质的结构特性。通过掺杂不同成分，可以实现增强的机械和电气性能，从而扩展其在柔性模块中的应用范围。最后，电纺工艺的普适和低廉的成本使其适合柔性电子元件的大规模生产。因此，基于电纺纳米纤维的柔性电子设备在个性化生物传感器、可拉伸电极、电容式传感器、摩擦传感器、压电传感器和纳米发电机等领域呈现出了广阔的应用前景。
近日，上海理工大学王世革、李贵生，香港大学徐立之等人综述了以静电纺纳米纤维作为基板的柔性电子器件的最新进展，并探讨了其多样化和创新性的应用。文中展示了使用静电纺丝技术制备纳米纤维所用的原料类型。随后，作者深入分析了以电纺纳米纤维为基板的柔性传感器（生物传感器、压力传感器等）、柔性能源传感器（能量采集器、电池和超级电容器）及其他柔性设备（柔性显示器和晶体管）的设计方法和应用性能。最后，本综述展望了电纺柔性电子未来面临的挑战，并提出了可行的解决方案来应对这些问题。本综述文章以“Research Progress of Flexible Electronic Devices Based on Electrospun Nanofibers”为题，发表在《ACS Nano》上。香港大学机械工程系助理教授徐立之和上海理工大学材料与化学学院李贵生教授为论文的共同通讯作者，上海理工大学材料与化学学院王世革教授为本文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委和香港特别行政区政府创新科技署的基金支持。
图1.多种基于静电纺纳米纤维的柔性电子产品的图示。
图2.几种典型的柔性器件基底材料。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c13106
作者简介：
王世革，教授、博导。从事无机非金属类生物材料、医用高分子材料的设计及其应用。近年来关注生物材料 （如高分子微球、聚合物水凝胶等）的应用及其相关产品研发。在 Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Biomaterials, ACS Nano等知名期刊发表 SCI 论文 110 余篇（IF 大于 10 论文 30 余篇），他引超过 7000 次，H 因子 45，多篇论文入选 ESI 高被引论 文。主持科研项目包括国家自然科学基金面上基金等课题10余项。入选上海市晨光学者、上海市科技启明星、扬帆计划等人才计划。现为香港大学访问学者，港大先进医学仪器中心科学家。
李贵生，教授（三级），博士生导师，上海市东方学者、曙光学者，上海理工大学材料与化学学院院长，主要从事环境催化研究工作，基于光/光电环境催化绿色技术，对环境污染物（水和气）进行控制处理与资源化。目前担任中国光化学与光催化专业委员会委员，中国感光学会光催化专业委员会委员，上海市无机化学委员会委员，上海市物理化学委员会副主任，上海市新材料协会副会长等。以通讯或第一作者身份在环境与能源各类重要国际SCI期刊上发表了近130余篇高质量论文，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., Adv. Func. Mater., Environ. Sci. Technol., ACS Nano., Appl. Catal. B-Environ., Nano Energy等，其中有20余篇论文入选全球引用前1%ESI高被引论文，同行他引用达8000余次，h-因子为50。目前完成及主持国家自然科学基金青年、面上项目等，获得中国专利授权11项，获2022年度上海市自然科学二等奖（排名第一），连续两年入选全球前2%“终身影响力顶尖科学家”和“2023年度全球前2%年度影响力顶尖科学家”。近三年面向本科生主要承担了《无机非金属材料学(英)》、《材料科学前沿》和《环境友好材料》三门课程，面向研究生主要承担了《纳米材料》等课程，指导研究生获第十届大学生新材料创新创意大赛二等奖和三等奖各一项。荣获中国高等教育学会“校企合作双百计划(2021年度)典型案例一项（《需求和问题双导向的协同育人实践基地建设》）。
徐立之，香港大学机械工程系助理教授。2009年本科毕业于北京航空航天大学高等工程学院（导师吕广宏教授）；2014年博士毕业于美国伊利诺伊大学香槟分校材料工程系（导师John Rogers教授）；2015-2018年于美国密歇根大学化学工程系从事博士后研究（合作导师Nicholas Kotov教授）。2018年至今任教于香港大学机械工程系。研究方向为柔性仿生材料及生物集成器件。成立独立课题组以来，主持香港特区政府研究基金项目7项，以通讯作者在Nature Communications、 Science Advances、 Advanced Materials等期刊发表论文10余篇,申请专利6项。获得2020 Croucher Innovation Award提名、2023 Microsystem & Nanoengineering青年科学家奖、2024 GCIM Early Career Award、2024 iCANX Young Scientist Award等荣誉。更多信息可参考课题组网页：https://www.xulizhi.hku.hk/。
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