一、研究背景

柔性电子产品指的是一类电子设备和电路，它们被设计成可弯曲、可拉伸和适应不同的表面。制造柔性电子产品需要柔性基板的设计，固有软材料的识别，以及技术的进步，以促进在这些柔性基板上形成导电网络。与由玻璃或硅晶圆衬底等材料制成的传统刚性电子产品不同，柔性电子产品利用柔性衬底和非常规制造技术在不影响电气性能的情况下实现机械灵活性。此外，导电材料和柔性衬底的结合可以协同提高电子产品的机械和电气特性。因此，它们被广泛应用于制造柔性显示器，传感器，人造皮肤，电池，电容器，植入式生物电子学等。

在过去的二十年中，基于各种传统薄膜衬底的柔性电子产品，包括聚酰亚胺（PI），聚萘二甲酸乙二醇酯和弹性体（例如，聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯，聚二甲基硅氧烷（PDMS）和Ecoflex），已经取得了重大进展。然而，典型的柔性薄膜电子产品通常表现出有限的透气性和透湿性，影响穿着舒适性，特别是在长期身体监测期间。研究表明，长时间的皮肤和组织附着会引起热生理不适，如潮湿、潮湿和皮肤炎症。在更严重的情况下，由于设备渗透性不足，体内植入可能导致恶性肿瘤。

目前，越来越多的人倡导具有长期、连续和可靠性能的超软、可渗透和可拉伸电子产品。这些柔性电子器件可以在多孔弹性体衬底上制造，具有优异的柔韧性和高的湿气、空气和液体渗透性。静电纺纳米纤维具有优异的透气性、皮肤适应性、柔韧性和可调的机械性能，能够制造柔软、舒适的电子设备。这种灵活性使设备能够无缝集成到各种形状和表面，增强了它们的适应性和可用性。为了实现柔性电子设备与皮肤之间理想的3D界面，需要满足三个条件：(i)柔性电子设备具有出色的保形能力，可实现大面积皮肤集成；（ii）高性能电子设备能够实现高质量的电生理信号采集；（iii）良好的生物相容性和透气性，作为长期可穿戴性的基础。

通过静电纺丝设备制备的电纺纳米纤维具有极高的比表面积和体积比，有利于促进器件的高效电荷输运，提高器件的灵敏度和响应时间。电纺纳米纤维的多孔结构不仅有利于功能材料（如导电聚合物、纳米颗粒和生物分子）的掺入，而且有效地模拟了各种细胞外基质。此外，静电纺丝的可扩展性和成本效益使其适用于柔性电子元件的大规模生产，增强了其通用性和应用潜力。通过掺杂不同的组分，可以实现增强的机械和电气性能，从而扩大其在柔性模块中的应用范围。因此，尽管许多应用仍处于实验或早期开发阶段，但基于电纺纳米纤维的电子学在广泛的应用领域提供了巨大的机会，包括但不限于个性化生物传感器，张力电极，电容传感器，摩擦传感器，压电传感器和纳米发电机。

本文重点介绍了利用静电纺纳米纤维的适应性和柔性电子器件的进展，并深入探讨了其多样化和创新应用的潜在途径。介绍了静电纺丝技术制备纳米纤维的原料类型。然后，本文对主要使用电纺纳米纤维作为衬底的柔性传感器（生物传感器、压力传感器和其他传感器）、柔性能量传感器（能量收集器、电池和超级电容器）和其他柔性器件（柔性显示器和晶体管）进行了深入的研究。目的是阐明这些器件的细节和功能，全面了解电纺纳米纤维在该领域的能力和启发创新思想。最后，综述对电纺柔性电子未来面临的挑战进行了展望，并提出了解决这些问题的可行解决方案。

二、摘要

电纺纳米纤维具有透气性、柔韧性、伸展性和对三维曲面的顺应性，因此已成为制造柔性电子设备的重要组成部分。本综述深入探讨了以电纺纳米纤维为基底的适应性柔性电子器件的发展，并探讨了其多样化的创新应用。综述了柔性设备关键基材的主要发展情况。在简要讨论了电纺原理、影响电纺的工艺参数和两种主要电纺技术（即单流体电纺和多流体电纺）之后，综述重点介绍了基于电纺基底的多功能和可拉伸电子器件的最新突破。这些进展包括柔性传感器、柔性能量收集和存储设备、电子设备的柔性附件以及柔性环境监测设备。本综述特别概述了开发用于柔性电子设备的电纺纳米纤维所面临的挑战和潜在的解决方案，包括克服多种界面的不兼容性、开发具有梯度几何形状的三维微结构传感器阵列以用于各种不易察觉的皮肤设备等。本综述可帮助读者全面了解基于电纺纳米纤维的面向应用的柔性电子器件的合理设计。

三、结论

静电纺丝柔性电子产品代表了一种创新技术，它将静电纺丝和柔性电子产品的优点结合在一起，适用于各种应用。这些设备利用静电纺丝来生产纳米级纤维或薄膜衬底，从而制造出本质上可拉伸的电子产品，包括高灵敏度压力传感器、高效能量收集器和具有皮肤机械性能的智能响应可穿戴设备。静电纺丝是一种高效、简单、可扩展的生产纳米纤维的方法，非常适合于制造柔性电子器件。通过调制纳米纤维的形态、直径和结构，人们可以优化材料的性能，如导电性、机械柔韧性和化学稳定性，为制造静电纺柔性电子产品提供了广泛的机会。虽然在开发电纺丝柔性电子器件方面取得了重大进展，但在当前和未来的努力中仍然存在挑战。

主要的挑战是克服多个界面的不兼容性，包括(i)不同材料之间的纳米和微尺度界面，（ii）层或微结构之间的中尺度界面，以及（iii）涉及单元器件、衬底、电连接和皮肤的宏观尺度界面。在粗糙的纤维表面上制造纳米电子器件仍然很困难，这阻碍了器件的性能。柔性设备必须在重复折叠和拉伸期间保持高性能。形成这些界面的分子、纳米结构、微观结构、多层和单元器件表现出不同的模量和机械滞后。因此，有必要根据适当的物理尺度对这些界面进行系统的研究。一个潜在的解决方案是实现对纳米纤维制备过程的精确控制，或将其与额外的微加工技术相结合，以确保静电纺纳米纤维的结构稳定性和强大的机械强度。例如，为了克服多个界面的不兼容性，Xu等人提出了一种基于图章的传输方案，用于将高性能微机械多功能kirigami传感器与多孔柔性静电纺苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯纳米纤维衬底混合集成。kirigami结构是通过使用激光在纳米纤维基板上进行精确切割来设计的，以形成透气和保形电子膜的图案。结合印章转移技术的制造策略有效地减轻了平面微电子器件与多孔基板之间的加工不兼容性。kirigami结构的设计增强了纳米纤维基板的可拉伸性和一致性，允许与皮肤无缝集成。该研究为设计先进的微加工技术来开发高精度的电生理信号捕获生物传感器提供了一条潜在的途径。

图1.多种基于电纺纳米纤维的柔性电子产品，用于多种应用

图2.(a) 电纺丝基本实验装置示意图。(b) 基于流体量的针式电纺丝装置分类。(c) 乳化液电纺示意图。(d) 无针电纺的典型设备。(e) 同轴电纺或改良同轴电纺的基本设置示意图。 (f) 并排电纺示意图、并排喷丝板的设计细节以及并排喷丝板的图像。