东北林大于海鹏教授、中南林科大吴义强教授与沈阳化工赵大伟博士《AM》综述：纤维素基柔性功能材料在智能电子中应用进展

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柔性智能电子在个性化移动设备、人机界面单元、可穿戴医疗保健系统和仿生智能机器人等领域发挥着重要作用。当前，虽然便携式电子器件方面的研究已取得大量的成果，但如何减少不可再生和不可降解材料的使用，同时兼具绿色环保性、可再生性、多功能性与生物相容性依然存在着挑战。

纤维素是一种天然的生物高分子材料，具有成本低、可再生、可降解、可化学改性、易加工等优点，并具有良好的机械力学性、介电性、压电性和可转化性。东北林业大学的于海鹏教授长期从事基于林木生物质的功能材料开发，前期曾提出在纤维素分子水平进行调控和结构设计，制备出介孔型纤维素聚电解质隔膜并应用于柔性储能器件（Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1700739）；设计出可切换拓扑网络与图灵结构的纤维素离子凝胶，并构建出仿人体皮肤的灵敏传感材料和电子器件（Matter, 2020, 2, 390）；综述与评论了从树木中提取的纳米纤维素在超级电容器、锂离子电池等能量储存领域的研究现状及发展前景（Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2837）。

近日，东北林业大学于海鹏教授团队与中南林业科技大学吴义强教授、沈阳化工大学赵大伟博士合作，在《先进材料》（Advanced Materials）期刊撰写了题目为“Cellulose-Based Flexible Functional Materials for Emerging Intelligent Electronics”的综述论文。

图1.纤维素基柔性电子器件的发展概图

文章以纤维素的独特分子结构和纳米单元(纳米晶、纳米纤维、纳米片、纳米组装体)、水凝胶、气凝胶、碳材料及混杂结构等为切入点，阐述了结构-性能-应用之间的关系，以及作为柔性基底、粘合剂、介电层、凝胶电解质和柔性电极等功能组件应用于柔性电子器件中的优势，分析了纤维素材料的结构特性与先进制造策略相结合来发展柔性电子器件的前沿动态，系统总结了近年来纤维素基功能材料在柔性传感器、太阳能电池、场效应有机薄膜晶体管、纳米发电机、电化学储能装置、仿生电子皮肤和生物检测器件等柔性智能电子领域的发展情况与最新研究进展。

图2.纤维素分子形态、纳米结构与形貌

图3.与先进制造技术相结合发展柔性电子器件

图4.纤维素基柔性传感器与仿生电子皮肤

图5.纤维素基柔性储能器件

图6.纤维素基柔性纳米发电机

图7.纤维素基柔性有机薄膜晶体管

图8.纤维素基柔性射频识别器件（RFID）

图9.纤维素基柔性薄膜光伏电池器件

图10.纤维素基微型医疗器件

文章最后探讨了纤维素在可穿戴器件与生物电子领域的一些发展思路：

1）采用元素替换、组分掺杂、分子水平上的自组装和界面结构设计，来赋予纤维素材料更多新颖性质，如共轭电子电导率、本征电化学活性、高离子迁移率以及与皮肤、肌肉和组织的延展性和响应性，进而研发多功能集成的柔性智能电子器件；

2）结合体内复杂环境，开发易降解、生物相容性强的可穿戴药物/细胞传输系统和人工电子皮肤；

3）引入蛋白质、DNA等结构基序，研发性能可设计的纤维素离子凝胶，扩展其在生物电子器件领域的应用。

论文连接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000619

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