综述：导电聚合物复合材料在软体机器人、柔性传感器和能量存储中的应用：制备、应用与挑战

这篇综述全面探讨了导电聚合物复合材料（CPCs）在软体机器人、柔性传感器和能量存储领域的应用潜力，系统梳理了其材料体系（如MXene/PPy、PEDOT:PSS）、制备工艺（如3D打印、电纺）及性能优化策略，同时剖析了界面脱粘、粒子泄漏等失效机制与环境可持续性问题，为下一代智能柔性器件的开发提供了重要参考。

　　

导电聚合物复合材料（CPCs）作为新兴功能材料，正推动着软体机器人、柔性电子和能源存储技术的革新。这类材料通过将导电填料（如碳纳米管、石墨烯、金属纳米颗粒）与柔性聚合物基体结合，兼具优异的导电性、机械柔韧性和可加工性，为智能器件设计开辟了新路径。

材料体系与性能调控
CPCs的核心在于材料组合的巧妙设计。根据导电机制可分为本征导电聚合物（ICPs）和绝缘聚合物复合体系：前者如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）通过共轭双键实现导电但机械性能较差；后者通过添加碳基填料（碳纳米管CNTs、还原氧化石墨烯rGO）、金属填料（银纳米线AgNWs）或新兴二维材料MXene来获得综合性能。例如，MXene/PEDOT:PSS水凝胶展现出11.76 S/m的高电导率和560%的拉伸率，可用于模拟章鱼运动的软体驱动器；而PDMS泡沫负载银纳米颗粒（AgNPs）和rGO的压力传感器则实现0.0132 kPa^-1的高灵敏度。

先进制备技术
增材制造技术极大拓展了CPCs的几何设计自由度：

• 熔融沉积建模（FDM）可打印热塑性复合材料，但存在层间结合弱的问题
• 立体光刻（SLA）能实现微米级精度，但材料限于光固化树脂
• 选择性激光烧结（SLS）可直接成型CNT/TPU复合传感器，应变检测范围达130%
  电纺丝技术可制备TPU/CB纳米纤维应变传感器，其应变系数高达8962.7；而原位聚合法合成的MXene/PPy/HEC传感器能精准识别手写笔迹特征。

软体机器人应用
CPCs赋予软体机器人类生物组织的柔顺性和环境适应性：

• 细菌纤维素/PPy复合人造肌肉在0.5V电压下产生0.93%弯曲应变
• 液态金属填充的液晶弹性体（LCE）驱动器应变可达450%
• 3D打印微流控液态金属传感器能实时监测900kPa压力
  这些系统在医疗手术、灾难救援等场景展现出独特优势，但面临循环疲劳和界面脱粘等挑战。自修复材料（如动态二烯-醛交联体系）可显著延长器件寿命。

柔性传感器创新
CPCs推动着可穿戴设备的革新：

• 压力传感：rGO修饰三聚氰胺泡沫传感器对1.5-10kPa压力灵敏度达0.088 kPa^-1
• 应变传感：GNP/MWCNT/TPU网状结构传感器在300%应变下应变系数超10000
• 温度传感：PLA/rGO纤维传感器响应时间11.6秒，可监测运动时皮肤温度波动
• 湿度传感：PANI/PVDF多孔膜对98%湿度响应仅需1秒
  这些传感器已用于脉搏监测、手势识别等场景，但需解决长期使用中的裂纹扩展问题。

能源存储突破
在超级电容器和电池领域，CPCs通过独特结构设计提升性能：

• PPy/石墨烯多层电极比电容显著提高
• CoO-PPy三维阵列电极能量密度达43.5 Wh kg^-1
• PEDOT封装硫颗粒有效抑制锂硫电池的"穿梭效应"
  不过其能量密度仍低于传统锂电池，且循环稳定性受电解质分解影响。

环境与可持续性
CPCs的环境影响主要来自：

• 聚合物基体：PLA等生物基材料可降解，而PET等石油基材料需依赖化学回收
• 金属填料：银离子具有生态毒性，而铁纳米颗粒可能扰乱土壤微生物平衡
• 碳材料：CNTs的生物降解需特定真菌（如白腐菌）参与
  绿色合成（如桉树油制备CNTs）和酶降解技术是重要解决方案。

未来挑战
当前CPCs面临三大瓶颈：金属粒子泄漏影响柔性器件可靠性、纳米填料团聚（如CNTs的范德华力导致）、以及3D打印工艺的高成本。通过开发新型封装技术、表面改性方法和规模化生产工艺，CPCs有望在医疗电子、能源物联网等领域实现更广泛应用。这种材料体系的持续创新，正推动着柔性电子技术从实验室走向产业化。