文章创新点

       嘉兴大学材料与纺织工程学院刘连梅团队成功开发了一种具有高度有序螺纹结构的聚吡咯/聚氨酯（PPy@PU）核壳复合导电纤维，该纤维通过“预拉伸-原位聚合-释放”策略制备，突破了传统聚吡咯薄膜脆性大、拉伸性差的局限，实现了高达200%的可逆拉伸应变检测，并具备高灵敏度（GF≈12.4@200%）、快速响应（500 mm/min）和优异耐久性（100%应变下200次循环稳定）。该纤维传感器可贴附于人体关节处，实时监测手指弯曲、肘部伸展等运动状态，展现出在可穿戴电子与智能纺织品领域的广阔应用前景。

文章背景

       随着健康监测与智能穿戴设备的快速发展，柔性、可拉伸、高灵敏的应变传感器成为研究热点。传统传感器多基于刚性材料，难以贴合人体曲面，而纤维状传感器因其一维结构、轻质、易集成等优势备受关注。然而，现有导电纤维常面临导电层易断裂、应变范围有限、恢复性差等问题。聚吡咯作为一种高导电、易合成的导电高分子，因其脆性难以直接用于大应变传感。如何在不牺牲导电性能的前提下提升其柔性与可拉伸性，是实现高性能可穿戴传感器的关键挑战。

文章概述

        刘连梅团队通过在预拉伸的聚氨酯纤维表面进行吡咯单体的原位化学聚合，成功构建了具有螺旋螺纹结构的PPy@PU核壳复合纤维。该结构在释放预拉伸力后自然形成，赋予纤维优异的形变缓冲能力和导电通路稳定性。

图1 “预拉伸-原位聚合-释放”策略制备螺纹结构PPy@PU纤维的示意图

研究人员系统研究了不同预拉伸量（0%~200%）对纤维形貌、导电性能和传感行为的影响。结果表明，预拉伸量为100%时，纤维表面形成紧密而均匀的螺纹结构，导电性能最优，且在200%应变下仍能保持导电通路完整。

图2 不同预拉伸量下制备的PPy@PU复合纤维的表面形貌图：(a) 0%, (b) 25%, (c) 50%, (d) 100%, (e) 150%, (f) 200%

进一步地，团队提出了“应变-电阻四阶段模型”，揭示了螺纹结构在拉伸过程中的形变与导电机制：

阶段一（0%~10%）：螺纹展开，电阻缓慢上升；

阶段二（10%~100%）：螺纹拉平并微滑移，电阻线性增长；

阶段三（100%~150%）：出现微裂纹，电阻突增但仍部分导通；

阶段四（>150%）：裂纹贯穿，电阻剧增且不可逆。

图3 螺纹结构在拉伸过程中的形变与传感机制示意图

该纤维在手指弯曲、肘部伸展等人体运动检测中表现出稳定、可靠的电阻响应信号，且在不同拉伸速率下响应一致，具备良好的实际应用潜力。

图4 Ppy@PU纤维传感器用于监测(a)手指弯曲和(b)肘部伸展时的相对电阻变化曲线

 本研究通过结构创新与工艺优化，成功制备出兼具高灵敏度、宽应变范围与优异耐久性的螺纹结构PPy@PU复合纤维传感器，为可穿戴应变传感器的设计提供了新思路。论文第一作者为嘉兴大学研究生肖礼宏，通信联系人为刘连梅博士。

引用本文

肖礼宏, 程娜, 谢胜, 刘连梅. 螺纹结构聚吡咯/聚氨酯复合纤维的制备及其可穿戴应变传感性能研究. 高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2025.25157.Xiao, L. H.; Cheng, N.; Xie, S.; Liu, L. M. Thread-type core-shell polypyrrole@polyurethane fiber for wearable strain sensor. Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2025.25157.