可拉伸高弹性电子材料（Elastronics）在反复扭转与拉伸形变时仍能保持电路或电子元件的功能，并且能够通过图案化及拓扑结构设计，与人体皮肤和组织器官界面进行协同和无缝贴合，对下一代可穿戴生物电子学和生物医学传感器的研发和制备起到了至关重要的作用。其中，基于金基纳米线的可拉伸柔性导电材料具有良好的生物相容性和导电性，已经广泛应用于电子皮肤、生物传感和植入式自供能电子器件等领域。然而，如何从高效合成角度制备层级支化并取向的纳米线型材料，从构效关系角度控制纳米线的形态、取向和构型并同时实现拉伸性、导电性，从应用角度构筑兼具拉伸柔性和电化学活性的原型器件，仍然是该领域极具挑战且亟待解决的关键科学问题。
针对以上研究难点和应用前景，本研究提出了基于多位点诱导生长的高效合成技术，采用二维锚定的金纳米星为种子，制备了具有高导电性和拉伸性的层级取向的水母簇状金纳米线薄膜（Jellyfish-like gold nanowires film）。该水母状金纳米线表现出独特的分层取向结构：顶层是具有多个活性生长位点的金纳米星阵列，底层是由金纳米星诱导支化生长的金纳米线，垂直交织的金纳米线拖曳在纳米星种子的下方。独特分层结构赋予了该薄膜良好的拉伸导电性和较大的电化学活性面积，在拉伸至200%时相对应的归一化阻抗变化仅为13.8，在5000次循环伏安扫描后其仍能够保持初始电容的92%，具有出色的循环稳定性，表现出优良的双电层电容性能，为制备可伸缩的储能器件提供了一种低成本而高效的策略。此外，水母簇状金纳米线薄膜的制备策略具有普适性，可进一步扩展到其他金属种子，如Au-Ag合金纳米结构等，形成了利用非规则形貌纳米晶诱导生长多分支束状纳米线的通用方法，为可穿戴生物传感器和植入式自供能传感器件的集成设计提供了核心材料基础。
本研究论文已在线发表于《Advanced Functional Materials》杂志：Zhang, H., Lin, F., Cheng, W., Chen, Y.*, Gu, N.*, Hierarchically Oriented Jellyfish-Like Gold Nanowires Film for Elastronics. Adv. Funct. Mater. 2022, 2209760. https://doi.org/10.1002/adfm.202209760
研究进展