基于3D针织复合结构的超拉伸导体设计及其在大形变下导电稳定性研究

本研究针对可拉伸导体在大形变下导电稳定性不足的问题，通过增材针织技术开发了一种新型双层rib-knit结构，结合EGaIn@PMA/PTFE（EP2F）复合材料，实现了高达750%应变下导电率保持≈4.76×103 S cm?1（变异＜5%）的突破性性能，为可穿戴电子器件提供了创新解决方案。

　　

本研究提出了一种利用增材制造针织技术开发超拉伸导体的创新策略。通过数值模拟与实验研究相结合，揭示了针织线圈尺度结构特征与织物力学性能间的内在关联，重点探究了拓扑线圈图案如何调控三维针织织物结构的变形机制。在对比多种针织图案后，发现具有独特双层结构的罗纹针织（rib-knits）展现出包含结构展开、几何延展和材料拉伸的三阶段弹性变形过程。基于此，研究团队构建了2+2罗纹针织结构的可拉伸导体，将导电镓铟液态金属（EGaIn）涂覆于聚四氟乙烯（PTFE）纤维表面，并以聚甲基丙烯酸酯（PMA）作为中间粘合层。最终制成的EGaIn@PMA/PTFE织物（EP²F）展现出卓越的导电性（≈5.02×10³ S cm^?1）和稳定性——即使在750%应变拉伸后仍保持≈4.76×10³ S cm^?1的导电率（变化率小于5%），同时具备高达400 MPa的断裂拉伸应力。该EP²F结构的力学性能还可通过优化针织图案和纤维材料进一步调控，为先进可穿戴电子领域的应用提供了系统化的设计策略。