自上而下设计具有有机气相传感行为和储能性能的可穿戴和伸缩智能纤维的方法
文章题目：A bottom-up approach to design wearable and stretchable smart fibers with organic vapor sensing behaviors and energy storage properties
文章来源：J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 13633–13643
研究团队：上海东华大学材料科学与工程学院化学纤维和聚合物材料改性重点实验室Ifra Marriam等人
研究内容
该团队开发了具有多种功能的智能可穿戴功能性服装，如具有统一存储和利用能源能力的纤维，实现电子和纺织品一体化的最佳途径，是近年来备受关注的一个重要课题。
提出了一种自下而上的方法来制备具有独特的有机气相传感性能的可拉伸聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）/多层石墨烯复合材料（SBS-G）纤维，以及通过具有优良储能性能的改性静电纺制备电活性炭黑（CB）纳米纤维涂层的改性SBS-G纤维。
与仅对极性或非/低极性有机蒸气有反应的传统导电聚合物复合材料（CPC）不同，所制备的SBS-G复合纤维具有高灵敏度、优异的可逆性、再现性以及对极性和非/低极性有机蒸气的快速反应。
此外，基于改性纳米纤维的SBS-G纤维表现出高电容性能（78 F cm-3），能量和功率密度（6.6 mW h cm3和692 mW cm3）和出色的灵活性。这项研究为基于聚合物复合纤维的理想有机蒸气传感器的制造提供了指导，并提供了一种改进基于纤维的电力存储“现成纤维”的方法。
图1. 一种自下而上的方法来制造基于纤维的有机蒸气传感器的SBS-G复合纤维，并进一步对纤维进行热处理，用于涉及CB纳米纤维自组装的柔性储能应用
图2. SBS-G复合纤维的扫描电镜图像分析，（a）SBS-G纤维的制备示意图；（b）SBS-3g纤维的扫描电镜表面图像和（c）SBS-3g纤维的横截面图像及其放大图像（d）和（e）
图3.（a） 用于检测有机溶剂蒸汽的SBS-G复合纤维的气敏行为的实验装置示意图；（b）作为石墨烯含量函数的SBS-G复合纤维的导电性，（c）响应性和（d）在25℃循环暴露于10%环己烷蒸汽中的含量时不同FLG的SBS-G复合纤维的最大响应性。（e）SBS-3G复合纤维在25℃循环暴露于10%环己烷蒸气时的响应性
图4.（a）SBS-3G复合纤维暴露于各种溶剂蒸气（Con.=10%）；（b）SBS-3G复合纤维暴露于各种溶剂蒸气时（Con.=10%）的最大响应率，及Hansen溶解度参数的极性组分相比；（c）SBS-3G复合纤维对混合溶剂蒸汽的响应：（1）5%环己烷和5%四氢呋喃；（2）5%环己烷和5%丙酮；（3）5%四氢呋喃和5%丙酮
图5. SBS-7G-NCY的扫描电镜图像分析。（a）CB纳米纤维在SBS-7G纤维上的自组装示意图。（b）SBS-7G NCY的扫描电镜表面图像及其放大图像（d）和（e）和（c）SBS-7G NCY的横截面图像
图6. SBS-7G、SBS-7G@CB和SBS-7G-NCY的电化学比较试验：（a）扫描速度为5 mV s-1时纤维的cv曲线，（b）电流密度为1.0A g-1时的G C D曲线，（c）纤维重量电容随扫描速度的变化，（d）EIS图及其在插入（侧）中的高频区域和（e）电容率百分比（c/c 0，其中c 0是初始电容），在不同弯曲条件下，扫描速度为20 mV s-1
图7. SBS-7G-NCY器件的电化学性能：不同扫描速率和电流密度下的（a）cv和（b）g c d曲线，（c）比电容值随图（a）中cv曲线中扫描速率的变化，（d）50 mv s-1扫描速率下2000次循环的电容保持能力和（e）与文献中其他最先进设备相比的Ragone图
