高性能聚吡咯包覆碳纳米管/蚕丝复合材料的导电性及其在柔性超级电容器中的应用

柔性电子设备的快速发展对轻量化、可穿戴能源存储系统提出了迫切需求。本研究通过浸渍沉淀和原位聚合法将碳纳米管(CNTs)和聚吡咯(PPy)负载于蚕丝织物(SF)表面，开发出具有0.83 S cm-1高导电率的PPy/CNT/SF复合材料。所构建的超级电容器在5 mV s-1扫描速率下实现212.8 mF cm-2的比电容，5000次循环后容量保持率达77.8%，为智能纺织品能源供应提供了创新解决方案。

　　

随着智能手表、可穿戴健康监测设备等柔性电子产品的普及，传统刚性储能器件难以满足人体工学需求。蚕丝织物因其优异的柔韧性和穿着舒适性成为理想基底，但天然绝缘特性限制了其应用。如何在不牺牲织物本征性能的前提下赋予其高导电性，并开发出兼具高能量密度和机械稳定性的储能系统，成为当前研究的关键挑战。

江苏工程职业技术学院等机构的研究人员创新性地采用"分步修饰"策略：首先通过浸渍沉淀使羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs)自组装于蚕丝纤维表面，再利用低温原位聚合沉积PPy涂层。这种双重修饰不仅构建了三维导电网络，还通过PPy的赝电容特性显著提升储能性能。相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》，为智能纺织品能源系统提供了新思路。

关键技术包括：(1)浸渍沉淀法实现CNTs在SF表面的均匀负载；(2)原位氧化聚合构建PPy导电涂层；(3)采用三电极体系测试电化学性能；(4)以PVA/H₃PO₄凝胶电解质组装对称超级电容器。研究选用浙江正原丝绸技术有限公司提供的平纹蚕丝织物(经密580根/10cm，纬密345根/10cm)作为基底材料。

【Morphological Structure and Characterization of PPy/CNT/SF】
场发射扫描电镜显示：原始蚕丝表面光滑致密(图2a)，CNT修饰后形成纳米级凸起结构(图2b)，PPy包覆后呈现典型的花菜状形貌(图2c)。X射线光电子能谱证实PPy成功通过π-π共轭与CNTs结合，FTIR光谱中1545 cm^-1处的特征峰表明PPy的掺杂状态。

【Conclusion】
该研究实现了三大突破：(1)创制出导电率达0.83 S cm^-1的柔性复合织物；(2)阐明了CNTs与PPy的协同作用机制——CNTs提供电子传输通道，PPy贡献赝电容；(3)开发的超级电容器在弯曲状态下仍保持92%的容量。值得注意的是，FeCl₃氧化剂浓度优化至0.4 mol L^-1时，PPy沉积量达到最佳平衡。

讨论部分强调：相比Li等报道的碳化蚕丝基底(CSF)，本研究采用的天然蚕丝保留了更好的机械性能；与Sun团队采用的PEDOT:PSS添加剂相比，直接原位聚合工艺更简便环保。作者特别指出，未来可通过调控PPy链的掺杂度进一步提升循环稳定性。这项工作为下一代可穿戴医疗监测设备提供了可靠的能源解决方案，其"纺织-电子"一体化设计理念对柔性电子领域具有重要启示。