综述：导电纤维基柔性传感装置：材料、结构与应用

本综述系统梳理了导电纤维（Conductive Fiber）在柔性传感器件领域的最新研究进展，重点探讨了传感材料分类（如导电聚合物、金属纳米线）、结构设计（如芯鞘结构、螺旋排列）及其在可穿戴电子（Wearable Electronics）、医疗监测和多功能集成中的应用潜力。文章强调材料选择与结构创新是提升纤维传感器性能（如灵敏度、拉伸性）的核心，并指出规模化生产与生物相容性（Biocompatibility）是未来突破方向。

　　

Abstract

近年来，基于导电纤维的柔性传感器件因其高性能、穿戴舒适性及规模化生产潜力，在基础科学和健康监测领域展现出重要价值。材料体系与结构设计是影响纤维传感器性能的双重核心因素。

材料与传感机制

导电纤维材料主要分为三类：

1. 导电聚合物（如PEDOT:PSS），通过离子迁移实现应变响应；

2. 碳基材料（如碳纳米管/CNTs），依赖导电网络形变产生信号；

3. 金属基材料（如银纳米线/AgNWs），利用微裂纹扩展机制。其中，聚吡咯（PPy）修饰的纤维在湿度传感中表现出₁₀ms级响应速度。

结构设计与制备

• 同轴结构：通过湿法纺丝制备的芯鞘纤维（PVDF/AgNWs）可实现压力-温度双模传感；

• 螺旋结构：预拉伸-扭曲工艺赋予纤维300%拉伸性，适用于关节运动监测；

• 三维编织：多层级导电网络提升器件信噪比（SNR>40dB）。

应用场景

1. 可穿戴电子：嵌入织物的纤维电极可连续监测心电图（ECG），其信噪比优于传统凝胶电极；

2. 医疗领域：丝素蛋白（Silk Fibroin）基纤维用于创面pH值实时监测，精度达±0.1；

3. 多功能集成：石墨烯（Graphene）涂层纤维同时具备应变传感与焦耳加热（Joule Heating）功能，在极寒环境中维持器件稳定性。

挑战与展望

当前瓶颈在于规模化生产中的材料均一性（CV值>15%）和长期使用稳定性（>10⁶次循环）。未来或可通过仿生结构（如蜘蛛丝拓扑）和动态共价键（Dynamic Covalent Bonds）设计突破性能极限。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。