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　　具有一维配置的纤维电子装置因为具备高度的灵活性和可变形性引起了越来越多的兴趣。特别是这些装置可以编织成透气且舒适的纺织品，用于柔性可穿戴设备。因此，人们广泛研究了各种功能的纤维器件，如能量收集和存储、传感和显示。然而，目前大多数纤维设备仍然是独立工作的，而非作为一个系统。

　　复旦大学彭慧胜教授联合中南大学湘雅医院刘婷在《Nature Reviews Materials》发表观点论文，本文旨在强调有前途的设计概念、装配策略和纤维电子系统的性能改进。然后从涉及材料科学、电气工程、纺织工程和健康监测的多学科角度分析了它们在现实生活中的应用。最后总结了剩余的挑战，以指导学术界和工业界的未来研究。本文第一作者为Kaiwen Zeng, Xiang Shi, Chengqiang Tang。

　　现代电子设备发展的一个明显趋势是推动与我们的身体密切配合的、更方便的、随时可用的设备。因此，对可穿戴设备的需求正在增加。传统的平面电子设备过于笨重和僵硬，不容易满足这种需求，这刺激了电子设备的发展。一个普遍而有效的解决方案是减少设备的厚度，制成可贴在皮肤上的柔性薄膜。进一步减少另一维度的厚度，就会产生高度灵活的纤维装置，可以承受复杂的变形，如扭曲和打结。它们可以很容易地织成透气和舒适的电子纺织品，进行大规模生产，为可穿戴的应用提供了一个有前途的方向。在快速增长的兴趣的触发下，具有几乎所有理想功能的纤维电子设备，如能量收集，能量存储，传感和显示，已经在过去十年中实现了显著的性能改善。重要的是，一些AG真人 AG平台器件，如纤维发光器件和锂离子电池，可以在保持高质量的同时廉价地大规模生产。

　　此外，将单一功能的纤维器件整合到多功能系统中已经成为一个有前途的方向。由各种纤维状部件组成的系统具有内在的优势，如高灵活性和透气性。然而，从实验室中单独工作的纤维装置过渡到工业化生产的多功能纤维电子系统并不是一个小任务，必须解决巨大的挑战。

　　纤维电子系统通常是通过将具有不同功能的纤维器件进行电气互连来制造的（图1）。然而，纤维是高度弯曲的，这导致电场与平面的对应物不同。从工业化的角度来看，纤维装置需要生产的长度为米至公里，比实验室水平的厘米长几个数量级。通过连接多个基于纤维的部件或将其嵌入纺织品中，可以制造出集成器件。然而，先进的纤维电子系统的发展，涉及到纤维设备复杂性的重要增加，会导致错综复杂的连接和电气兼容性的挑战。为了解决这些问题，需要更好的加工精度和有效的布局设计。最后，为了满足商业化需求，实际的考虑因素，如机械和电子稳定性、佩戴舒适度、安全性和应用场景都会影响到纤维电子系统的商业成功。

　　电场是电子设备的基础，电荷传输从一个电极驱动到另一个电极。在传统的笨重电子设备中，电场均匀分布在整个平面界面中。然而，在光纤系统中，由于两个光纤电极的高度弯曲表面，两个光纤电极之间的电场通常是不均匀的。这导致电荷浓度和不均匀的电荷传输和离子沉积。本文中论述了两种策略：重建电场和使电极多孔，以便活性材料可以均匀分布以产生均匀的电场。

　　有效的电荷传输对全纤维电子装置来说是至关重要的。在纤维装置中，有两个主要的电荷传输过程：在电极的弯曲表面之间和沿着电极。对于前者，增加电荷载体的流动性、缩短传输路径和减少电荷重组的策略已被成功应用于促进电荷从一个电极向另一个电极传输。考虑到纤维装置的独特功能，减少两个弯曲的纤维电极之间的界面电荷传输阻力的方法应引起更多的关注。此外，本文还探讨了纤维设备的两个挑战：低损耗传输确保了纤维设备随着长度增加而达到预期的高性能，另一个挑战在于实现高界面稳定性。

　　总的来说，彻底了解纤维装置的独特性能仍然是实现良好性能的关键。此外，合成新的活性材料、设计允许快速电荷传输的对齐的微结构和优化弯曲的界面是必要的。

　　为了将其装配到系统中，纤维器件应该比实验室中的厘米级长几个数量级。这对其制造和性能的一致性提出了巨大挑战（图3）。制造的一致性是纤维装置被集成到系统中的一个基本前提条件。作者分别介绍了连续制造方法，如溶液挤压、热拉丝和连续涂层，在纤维器件的大规模制造中的作用及研究现状。

　　总而言之，在从实验室到晶圆厂的过渡过程中，制造和性能一致性是两个关键参数。丰富材料库并减少其粘度依赖性将进一步支持其连续制造。开发全新的连续制造方法对于为解决制造问题提供新的切入点也至关重要。例如，气相沉积可用于精确控制功能层的厚度，而不受其粘度和纤维高曲率的影响。使用舒尔茨-弗洛里分布自下而上制造光纤器件和静电纺丝可用于一步沿轴向同时构建功能层和核心，而不受粘度问题的影响。努力开发低电阻电极材料并了解长度和性能之间的关系也将有助于提高性能一致性。

　　在光纤设备之间布置导电线并将光纤电极连接到电路中是系统组装的两个关键程序。印刷和转移技术是实现平面电路的两种成熟方法。这可以通过用纺织基板代替柔性薄膜基板来应用于电子纺织品。刺绣和织造可以通过自下而上的方法实现纺织系统的制造和配置，通过这种方法，导电纱线可以共同编织成纺织品或通过双锁针固定在纺织品上。但是，导电线的排列与固有编织结构密切相关，这增加了工业生产过程中的难度，因此，必须根据所需的精度、柔韧性、透气性和耐用性的最佳策略，建立一个用于在各种商业织物上制造导电线的加工数据库。

　　为了使光纤电子系统更好地满足实际应用的规格，应解决使用前、使用中和使用后的实际问题。在光纤电子系统到达消费者手中之前，它们将经历设计、切割、包装、运输和储存的过程。作者从美观、定制方法包装和运输以及化学成分方面进行了系统的描述。在使用过程中，作者从安全性、舒适性和耐洗三方面来阐述。最后，作者从可持续性的角度提出三点要求：1光纤电子系统的每个模块在使用后应可拆卸，不同的模块应采用不同的处理程序。2可持续材料可用于制造纤维设备，3开发基于可生物降解材料的光纤电子系统。可设计性、安全性和环保性是光纤电子系统生命周期中的关键问题。从传统织物和电子系统中汲取灵感有望成为有效的切入点

　　柔性透气的光纤电子系统是未来可穿戴电子产品的多功能平台。在功能、性能、大规模制造和组装方面取得了令人鼓舞的成就，但现在应集中精力开发能够更好地适应纤维高度弯曲特性的活性材料。目前的材料主要直接采用平面对应物，导致性能较差。此外，光纤设备可实现的功能库需要进一步丰富，特别是数据处理设备，尽管这极具挑战性。未来用于能源应用的光纤电子系统应将光纤电池与光纤太阳能电池集成在一起，将阳光和室内光转化为电能。最后，优化的工程设计是光纤电子系统“从实验室到晶圆厂”过渡的最后一步。建立质量和可靠性的工业标准也至关重要;基于这些标准，可以研究生产过程对纤维系统产量的影响，从而建立一个将具有不同功能和性能的纤维生产联系起来的数据库。此外，光纤系统应与现有的电子设备兼容，包括无线通信协议、硬件连接接口和电气规格等方面。

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