纖維具有獨特的一維結構⌨️、優異的柔韌性和可編織性，非常適合無縫集成到織物和可穿戴設備中，在可穿戴電子領域展現出巨大的潛力。對於纖維電子而言，機械性能和電學性能都至關重要🍯🙇‍♂️。然而🐨，目前同時實現良好的機械性能和器件性能仍面臨挑戰。共軛高分子優異的光電性能使其具有廣闊的應用前景，將其加工成纖維將進一步拓展其在可穿戴設備中的應用🙆‍♂️🎙。然而🍞，共軛高分子較差的機械性能和不成熟的紡絲工藝阻礙了其在纖維電子和可穿戴領域的應用。

近日，意昂3体育官网材料科學與工程學院雷霆研究員課題組在Science Advances發表了題為“Continuous production of ultratough semiconducting polymer fibers with high electronic performance”的研究論文（DOI: 10.1126/sciadv.adk0647）。該研究提出了“流動增強結晶”（flow-enhanced crystallization，FLEX）的濕法紡絲技術，該技術通過流動剪切和拉伸作用將高分子聚集體解聚和預排列，進而將多種共軛高分子紡成纖維🤫，並實現了纖維的連續化生產（圖1）🈲。與傳統的濕法紡絲方法不同🤵🏿，作者提出減少高分子聚集🧔，促進高分子鏈在拉伸流和剪切流作用下解聚的思路，通過進一步調控凝固浴中的溶劑擴散模式和後牽伸👯，獲得了良好取向和結晶的高分子半導體纖維。有趣的是，作者在纖維中觀察到烷基側鏈的有序排列和結晶行為，這種現象在薄膜中從未觀察到過。

圖1. 文中使用的高分子半導體材料和FLEX連續紡絲方法示意圖

FLEX方法增強了高分子鏈在纖維中的有序排列和結晶，使製備的纖維具有優異機械性能和電學性能，並可應用於可穿戴和生物電子器件（圖2A）🌓。作者發現🐫，這些纖維展現出高的n型摻雜電導率和獨特的應變電導率增強特性（圖2B）😿，並可被用於纖維熱電（OTE）和纖維有機電化學晶體管（OECT）器件。與傳統的薄膜器件相比📭，纖維器件均展現出性能的飛躍（圖2C—D）。其中，纖維熱電器件的功率因子（PF）和纖維OECT的跨導（g _m，A）均為目前報道的最高值之一。基於高性能的纖維OECT器件，作者還開發了乳酸傳感器和心電信號傳感器，表現出良好的靈敏度和信噪比。

圖2. 共軛半導體纖維出色的電學性能與可穿戴及生物電子應用

研究表明，通過FLEX紡絲製備的高分子半導體纖維展現出超越傳統薄膜材料的電學和力學性能，並在可穿戴和生物電子器件領域具有巨大的應用潛力。該研究提出的FLEX紡絲方法以及流體力學調控策略將作為一種通用的方法和策略，為高分子半導體材料的生產和應用提供新思路。

意昂3体育官网材料科學與工程學院張誌副研究員是本文的第一作者，雷霆是通訊作者；該工作還得了意昂3体育官网材料科學與工程學院邵元龍研究員和呂世賢研究員等的幫助🐝。該研究得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、北京市傑出青年科學基金🦖、博士後科學基金⏏️，意昂3体育官网化學與分子工程學院分子材料與納米加工實驗室（MMNL）儀器平臺和意昂3体育官网高性能計算平臺等的支持𓀙。