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  柔性智能電子在個(gè)性化移動(dòng)設(shè)備、人機(jī)界面單元、可穿戴醫(yī)療保健系統(tǒng)和仿生智能機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前，雖然便攜式電子器件方面的研究已取得大量的成果，但如何減少不可再生和不可降解材料的使用，同時(shí)兼具綠色環(huán)保性、可再生性、多功能性與生物相容性依然存在著挑戰(zhàn)。

  纖維素是一種天然的生物高分子材料，具有成本低、可再生、可降解、可化學(xué)改性、易加工等優(yōu)點(diǎn)，并具有良好的機(jī)械力學(xué)性、介電性、壓電性和可轉(zhuǎn)化性。東北林業(yè)大學(xué)的于海鵬教授長(zhǎng)期從事基于林木生物質(zhì)的功能材料開發(fā)，前期曾提出在纖維素分子水平進(jìn)行調(diào)控和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備出介孔型纖維素聚電解質(zhì)隔膜并應(yīng)用于柔性儲(chǔ)能器件（Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1700739）；設(shè)計(jì)出可切換拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)與圖靈結(jié)構(gòu)的纖維素離子凝膠，并構(gòu)建出仿人體皮膚的靈敏傳感材料和電子器件（Matter, 2020, 2, 390）；綜述與評(píng)論了從樹木中提取的納米纖維素在超級(jí)電容器、鋰離子電池等能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景（Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2837）。

  近日，東北林業(yè)大學(xué)于海鵬教授團(tuán)隊(duì)與中南林業(yè)科技大學(xué)吳義強(qiáng)教授、沈陽化工大學(xué)趙大偉博士合作，在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊撰寫了題目為“Cellulose-Based Flexible Functional Materials for Emerging Intelligent Electronics”的綜述論文。

圖1.纖維素基柔性電子器件的發(fā)展概圖

  文章以纖維素的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)和納米單元(納米晶、納米纖維、納米片、納米組裝體)、水凝膠、氣凝膠、碳材料及混雜結(jié)構(gòu)等為切入點(diǎn)，闡述了結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用之間的關(guān)系，以及作為柔性基底、粘合劑、介電層、凝膠電解質(zhì)和柔性電極等功能組件應(yīng)用于柔性電子器件中的優(yōu)勢(shì)，分析了纖維素材料的結(jié)構(gòu)特性與先進(jìn)制造策略相結(jié)合來發(fā)展柔性電子器件的前沿動(dòng)態(tài)，系統(tǒng)總結(jié)了近年來纖維素基功能材料在柔性傳感器、太陽能電池、場(chǎng)效應(yīng)有機(jī)薄膜晶體管、納米發(fā)電機(jī)、電化學(xué)儲(chǔ)能裝置、仿生電子皮膚和生物檢測(cè)器件等柔性智能電子領(lǐng)域的發(fā)展情況與最新研究進(jìn)展。

圖2.纖維素分子形態(tài)、納米結(jié)構(gòu)與形貌

圖3.與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合發(fā)展柔性電子器件

圖4.纖維素基柔性傳感器與仿生電子皮膚

圖5.纖維素基柔性儲(chǔ)能器件

圖6.纖維素基柔性納米發(fā)電機(jī)

圖7.纖維素基柔性有機(jī)薄膜晶體管

圖8.纖維素基柔性射頻識(shí)別器件（RFID）

圖9.纖維素基柔性薄膜光伏電池器件

圖10.纖維素基微型醫(yī)療器件

  文章最后探討了纖維素在可穿戴器件與生物電子領(lǐng)域的一些發(fā)展思路：

  1）采用元素替換、組分摻雜、分子水平上的自組裝和界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來賦予纖維素材料更多新穎性質(zhì)，如共軛電子電導(dǎo)率、本征電化學(xué)活性、高離子遷移率以及與皮膚、肌肉和組織的延展性和響應(yīng)性，進(jìn)而研發(fā)多功能集成的柔性智能電子器件；

  2）結(jié)合體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境，開發(fā)易降解、生物相容性強(qiáng)的可穿戴藥物/細(xì)胞傳輸系統(tǒng)和人工電子皮膚；

  3）引入蛋白質(zhì)、DNA等結(jié)構(gòu)基序，研發(fā)性能可設(shè)計(jì)的纖維素離子凝膠，擴(kuò)展其在生物電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

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