近年来，柔性可穿戴电子产品发展迅猛，在多个领域广泛应用，特别是在健康监测领域，可与人体皮肤贴合实现实时监测，意义重大。在该领域，各类柔性传感器不断涌现，采用电容、压电等多种传感技术。不过，目前研究多聚焦于传感机制和导电层，对柔性基底的关注较少。柔性基底对于可穿戴电子设备至关重要，它需要具备多种特性以满足高精度传感和医疗监测需求。同时，柔性导电电极不可或缺，其不仅要能适应不同表面，还需在弯曲拉伸时保持导电性，并且具备生物相容性，以确保长期使用安全。

新加坡国立大学机械工程系纳米技术与可持续发展中心的Vundrala Sumedha Reddy、S. Shiva 和 Seeram Ramakrishna 团队在《Journal of Electronic Materials》期刊上发布了题为“Green Chemistry Innovation in Flexible Electrodes for Wearable Technology”的最新研究成果。该团队通过结合静电纺丝技术和生物合成方法，成功开发了一种基于聚偏二氟乙烯（PVDF）和钛酸钡（BTO）的压电复合纳米纤维，以及利用榴莲废料生物合成的银片柔性电极。这一成果为可穿戴传感器技术提供了一种可持续的解决方案，不仅提升了传感器的灵活性、导电性和生物相容性，还显著延长了设备的使用寿命，为未来健康监测和人机交互领域的创新应用提供了重要支持。

研究中通过结合聚偏二氟乙烯（PVDF）和钛酸钡（BTO）纳米颗粒，采用了静电纺丝技术成功制备了PVDF/BTO复合纳米纤维。通过调整聚合物与纳米颗粒的比例，确保了纤维的均匀性和一致性。机械测试表明，复合纳米纤维的弹性模量从纯PVDF-HFP的84.4 MPa提高到95.7 MPa，显示出纳米颗粒的加入显著增强了材料的机械性能。实验数据表明，这种复合材料不仅具有优异的压电性能，还具备良好的机械强度和柔韧性，使其适用于可穿戴传感器设备。（图1）

随后，研究团队利用榴莲废料生物合成银片，并将其与Ecoflex材料结合，制造出柔性电极。这种电极不仅具有高导电性（20.3 S/cm），还能在拉伸至561.2%时保持性能稳定。银片的形态和结构通过扫描电子显微镜（SEM）分析显示为不规则的片状结构，这种结构提供了较大的表面积，有利于电荷转移。在弹性范围内电导率从 18S/cm 提升到 20.3S/cm。（图2）

在传感器设备组装时，研究团队将压电复合层置于两个柔性 Ecoflex 银片电极之间，电极采用堆叠形态，使堆叠层面向压电层。这种结构能增强导电性，为电荷在压电层和外部电路间转移提供多条路径；还能优化设备响应时间和灵敏度，确保机械刺激高效传递到压电层。在 1-15kPa 压力范围内，该设备能稳定输出电压，通过拉伸试验机模拟 10kPa 外力冲击测试其耐久性，发现经过约 10,000 次循环后仍能保持稳定性能，相比传统金属电极（如铜、铝）制成的设备，使用寿命明显延长，展现出在可穿戴技术领域的巨大应用潜力。（图3）

图 3：（a）制备的电极的柔韧性；（b）压电传感平台设备的组装；（c）对应不同压力条件（1 至 15 kPa）的电压输出变化；（d）压电层的性能

文章来源：https://doi.org/10.1007/s11664-025-11912-9