聚丙烯酸钠在柔性电子器件中的可拉伸导电层

聚丙烯酸钠（PAAS）凭借自身良好的亲水性、结构可塑性，经复合改性与工艺优化后，能制备出兼具高可拉伸性、导电性的复合导电层，适配柔性电子器件对材料形变耐受、信号传输稳定等核心需求。其可拉伸导电层多以水凝胶或复合纤维形式存在，通过不同改性策略强化性能，广泛应用于柔性传感器、柔性电池等器件，以下是具体解析：

主流制备与改性策略

多组分复合增强综合性能：这是提升聚丙烯酸钠导电层性能的核心方式，例如与水溶性多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）通过非共价键交联，制备的OCAPS/PAA-Na复合水凝胶，原位生成的NaCl晶体让电导率从0.165S・m⁻1 提升至0.290S・m⁻1，断裂伸长率更是高达2537.0% - 4056.1%；与羧甲基纤维素钠（CMC）复合经凝胶纺丝制成纤维导电层，CMC作为硬组分提升强度，聚丙烯酸钠提供导电性，再涂覆疏水层后，该纤维导电层强度达28MPa，电导率0.35S/m；还可向聚丙烯酸钠网络中融入5M高浓度KOH溶液，制成的高碱水凝胶导电层离子导电性达 246mS cm⁻1，断裂韧性达600J m⁻2，能适配柔性锌空气电池的需求。

离子交联与溶剂优化提升环境适应性：一方面可通过金属离子交联优化结构，如利用铁离子交联聚丙烯酸钠水凝胶分子链，助力网络动态重建，以此制成的导电层应用于镍锌电池时，经4次断裂 / 愈合循环仍能保留超87％的容量；另一方面可替换溶剂改善极端环境性能，像在深共晶溶剂（DES）中聚合丙烯酸衍生出的类似体系，其导电层拉伸率超1000%，在 -20°C 下仍可正常工作，解决了传统水凝胶易脱水、易冻结的问题。

3D打印定制化成型：将聚丙烯酸钠溶于水与二甲亚砜混合溶剂，经真空加热制成水凝胶后，通过生物3D打印机打印出三维网状结构的导电层，后续经Ca2⁺溶液浸泡交联，既提升了机械强度和生物相容性，还能通过精准的结构设计适配不同柔性电子器件的外形与性能需求，比如用于神经修复相关的柔性电子器件。

核心性能优势

超强可拉伸与自愈合能力：上述POSS复合体系的断裂伸长率高超4000%，自愈合效率达97.8%；铁离子交联体系也具备良好的自愈合特性，这类性能让导电层在柔性电子器件弯折、拉伸甚至轻微破损时，依旧能维持结构完整和导电稳定，大幅延长器件使用寿命。

兼顾导电性与生物相容性：其导电层电导率可根据改性方式调整，高达246mS cm⁻1，可满足不同柔性电子器件的信号或电能传输需求。同时多项细胞毒性与溶血试验表明，POSS、CMC等复合后的聚丙烯酸钠导电层生物相容性优异，适合用于电子皮肤、皮肤电极等与人体接触的柔性电子器件。

良好黏附性与环境耐受性：OCAPS/PAA - Na复合导电层对有机和无机材料的至高黏附强度分别达19.6kPa和18.2kPa，能紧密贴合器件基底与人体皮肤；高碱体系的聚丙烯酸钠导电层可在-30°C 至室温的宽温度范围内稳定工作，拓宽了柔性电子器件的应用场景。

典型应用场景

柔性传感器：POSS/PAAS复合水凝胶导电层可用作应变式电阻传感器，传感灵敏系数达5.17，能精准检测手指弯曲等细微人体动作；以聚丙烯酸钠为湿度敏感材料，搭配碳纳米管制成的导电层，可用于柔性湿度和压力传感器，实现对环境湿度与压力的精准感知。

柔性电池电解质：作为柔性镍锌电池、锌空气电池的电解质导电层，聚丙烯酸钠基水凝胶既能抑制电极枝晶形成，又能保障离子传输，应用后锌空气电池可实现16000次循环，镍锌电池循环稳定性也较传统体系提升8 - 40倍，为柔性能源设备提供持久动力。

电子皮肤与生物电极：其具备的高黏附性、生物相容性与可拉伸性，使其能贴合皮肤，既可作为电子皮肤的导电感知层，也能作为表皮电极记录肌电信号，且信号质量高，在可穿戴医疗设备领域潜力巨大。

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