圖1：a）棉籽蛋白肽的殘基序列及其介導(dǎo)碳納米管（CNT）表面形成CPCNT凝膠墨水的示意圖；b）PA-CPCNT-Fe/PVA水凝膠的制備流程（添加PA、FeCl?和PVA）；c）在不同柔性基底上的DIW打印示意圖；d）肽基生物碳凝膠墨水用于柔性電路及多種應(yīng)用的示意圖；e）不同打印速度下在聚合物和紡織品基底上的打印圖像（俯視圖和側(cè)視圖）；f）打印的柔性電子器件（聚合物和紡織品基底）的拉伸性能展示。
圖1主要展示PA-CPCNT-Fe/PVA凝膠墨水的制備原理、打印過(guò)程及應(yīng)用潛力。數(shù)據(jù)方面，打印速度顯著影響凝膠形貌，1 mm/s打印速度下的凝膠截面寬度大于3 mm/s（圖1e），且能穩(wěn)定打印復(fù)雜電路圖案；SEM圖像證實(shí)凝膠可滲透紡織品表面（圖S1），拉伸測(cè)試顯示打印器件在變形時(shí)仍保持良好貼合性（圖1f）。這些內(nèi)容表明該墨水可在聚合物和紡織品基底上實(shí)現(xiàn)精確打印，且具備適應(yīng)柔性電子的機(jī)械適應(yīng)性。

圖2：a）組裝過(guò)程示意圖；b）PA-CPCNT-Fe/PVA水凝膠的打印過(guò)程及相互作用結(jié)合示意圖；c）水凝膠的照片及不同放大率下的SEM圖像（表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)）；d）CPCNTs懸浮液照片及CNT被CP包裹的TEM圖像；e）原始CP、CPCNT和原始CNT的FTIR光譜；f）CPCNT、PA-CNT-Fe/PVA和PA-CPCNT-Fe/PVA的FTIR光譜；g）CPCNT和PA-CPCNT-Fe/PVA的O 1s XPS光譜；h）兩者的N 1s XPS光譜；i）CPCNTs分散液、CNT/PVA和PA-CPCNT-Fe/PVA凝膠的黏度-剪切應(yīng)力曲線。
圖2通過(guò)多種表征揭示材料結(jié)構(gòu)與相互作用機(jī)制。數(shù)據(jù)包括：TEM圖像顯示CNT表面被CP均勻包裹（圖2d）；FTIR光譜中，CPCNT的缺陷I峰從1338 cm?1移至1348 cm?1，G峰從1577 cm?1移至1582 cm?1，表明CP與CNT的π-π相互作用（圖2e-f）；XPS分析中，O 1s的O=C峰從530.95 eV移至531.56 eV，N 1s的C-NH?峰從399.09 eV移至399.85 eV，證實(shí)氫鍵和離子配位作用（圖2g-h）；流變學(xué)曲線顯示PA-CPCNT-Fe/PVA墨水黏度最高，且具有剪切變稀特性（圖2i），支持其良好的分散性和打印性。

圖3：a）PA-CPCNT-Fe/PVA凝膠作為導(dǎo)電電路點(diǎn)亮LED的展示；b）不同添加物的水凝膠導(dǎo)電性；c）不同CPCNT含量的PA-CPCNT-Fe/PVA導(dǎo)電性；d）水凝膠與固體表面的貼合性SEM圖像及承受1kg載荷的照片；e）PVA、PA/PVA等多種水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；f）上述水凝膠的楊氏模量和韌性對(duì)比；g）PA-CPCNT-Fe/PVA循環(huán)拉伸后的能量損耗；h）重建前后的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（插圖為重建過(guò)程）；i）重建前后的電導(dǎo)率；j）不同時(shí)間的細(xì)胞活力百分比。
圖3系統(tǒng)評(píng)估材料的核心性能。電學(xué)性能數(shù)據(jù)：PA-CPCNT-Fe/PVA的電導(dǎo)率達(dá)8 S/m，是純PA/PVA（2.5 S/m）的3倍，可穩(wěn)定點(diǎn)亮LED（圖3a-c）；力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度1152.5 kPa，應(yīng)變933%，遠(yuǎn)高于PVA（197.35 kPa，359%）、PA/PVA（780.19 kPa，387%）等對(duì)照組（圖3e-f）；循環(huán)拉伸測(cè)試中，能量損耗<0.01 kJ/m3，顯示優(yōu)異修復(fù)性（圖3g）；重建后電導(dǎo)率和力學(xué)性能基本保持（圖3h-i）；細(xì)胞活力>80%，生物相容性良好（圖3j）。

圖4：a）PA-CPCNT-Fe/PVA電子紡織品的相對(duì)電阻-應(yīng)變曲線；b）傳感器制作示意圖；c）高拉伸范圍內(nèi)的循環(huán)應(yīng)變-電阻變化；d）低拉伸范圍內(nèi)的循環(huán)應(yīng)變-電阻變化；e）不同頻率下的相對(duì)電阻變化；f）10%應(yīng)變下的響應(yīng)時(shí)間曲線；g）不同應(yīng)變下的5次循環(huán)加載-卸載后曲線；h）與其他研究的滯后性和應(yīng)變對(duì)比；i）100%應(yīng)變下50000次循環(huán)的耐久性；j）與其他凝膠墨水復(fù)合材料傳感器的綜合性能雷達(dá)圖。
圖4匯總電子紡織品的傳感性能。數(shù)據(jù)顯示：應(yīng)變0-500%范圍內(nèi)，相對(duì)電阻變化線性度高（R2=0.9923和0.9994）（圖4a）；響應(yīng)時(shí)間<200 ms，恢復(fù)時(shí)間62 ms（圖4f）；在100%-450%應(yīng)變、0.05-3 Hz頻率下，信號(hào)穩(wěn)定且重復(fù)性好（圖4c-e）；50000次循環(huán)后性能無(wú)明顯衰減（圖4i）；滯后性顯著低于同類(lèi)研究（圖4h），綜合性能（打印性、柔韌性等）在雷達(dá)圖中最優(yōu)（圖4j），證明其為高性能柔性傳感器。

圖5：a）PA-CPCNT-Fe/PVA電子紡織品TENG的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作機(jī)制；b）TENG的柔性展示照片；c）不同頻率下的短路電流（Isc）；d）不同頻率下的開(kāi)路電壓（Voc）；e）不同頻率下的短路轉(zhuǎn)移電荷（Qsc）；f）不同拉伸應(yīng)變下的Voc及恢復(fù)狀態(tài)；g）多次拉伸循環(huán)后的Voc；h）30天儲(chǔ)存后的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；i）20000次接觸-分離循環(huán)的耐久性；j）不同外阻下的輸出電壓、電流和功率密度。
圖5評(píng)估TENG的能量輸出性能。關(guān)鍵數(shù)據(jù)：1-5 Hz頻率下，Voc峰值200 V，Qsc 95 nC，Isc隨頻率從2.5 μA增至10 μA（圖5c-e）；拉伸100%時(shí)Voc升至190 V，釋放后恢復(fù)（圖5f）；20000次循環(huán)、30天儲(chǔ)存后，性能保持穩(wěn)定（圖5g-i）；最大功率密度2036.9 mW/m2（外阻50 MΩ時(shí)）（圖5j），表明其作為柔性能量收集器的高效性和穩(wěn)定性。

圖6：a）自供能系統(tǒng)的工作電路；b）對(duì)不同電容的充電能力；c）不同頻率下的充電速度；d）驅(qū)動(dòng)電子計(jì)算器的演示及電壓曲線；e）驅(qū)動(dòng)電子秒表的演示及電壓曲線；f）手指點(diǎn)亮LED的照片；g）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指尖、指節(jié)等運(yùn)動(dòng)的演示；h）摩爾斯電碼識(shí)別信號(hào)；i）柔性電路驅(qū)動(dòng)LED及應(yīng)變下電阻變化；j-m）不同關(guān)節(jié)彎曲角度的傳感信號(hào)；n）指尖等關(guān)節(jié)的分步保持傳感；o）不同運(yùn)動(dòng)的傳感信號(hào)。
圖6展示實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。能量收集方面：1.5 μF電容7.2 s充至1.5 V，22 μF電容120 s達(dá)1.6 V，5 Hz頻率下充電速度更快（圖6b-c）；可驅(qū)動(dòng)計(jì)算器（100 s）、秒表（50 s）及LED（圖6d-f）。傳感方面：能識(shí)別指尖/關(guān)節(jié)彎曲角度（圖6j-m）、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（走、跑等）（圖6o）及摩爾斯電碼（"TENG""SOS"等）（圖6h），信號(hào)穩(wěn)定且區(qū)分度高。

圖7：a）PA-CPCNT-Fe/PVA集成電子紡織品實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的示意圖；b）電子手套識(shí)別5種手勢(shì)的照片及實(shí)時(shí)電信號(hào)；c）"我愛(ài)你"手勢(shì)的實(shí)時(shí)屏幕顯示；d）手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的歸一化混淆矩陣；e）智能手套與機(jī)械手上10個(gè)信號(hào)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)照片；f）手部運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)電信號(hào)；g）手勢(shì)識(shí)別與控制的實(shí)時(shí)演示。
圖7演示人機(jī)交互應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示：智能手套的5個(gè)傳感單元可識(shí)別5種手勢(shì)，信號(hào)重復(fù)性好，識(shí)別準(zhǔn)確率100%（圖7b-d）；10個(gè)傳感點(diǎn)與機(jī)械關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)，實(shí)時(shí)電信號(hào)可精確控制機(jī)械手完成動(dòng)作（圖7e-g），歸一化混淆矩陣證實(shí)零誤差，體現(xiàn)其在手勢(shì)識(shí)別和機(jī)器人控制中的潛力。

圖8：a）智能手套-襪子與對(duì)應(yīng)機(jī)械爪系統(tǒng)的照片；b）手、指、腕運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)電信號(hào)；c）機(jī)械爪"抓取"實(shí)驗(yàn)的初始和激活狀態(tài)照片；d）抓球和鋪料的實(shí)時(shí)電信號(hào)；e）抓球的實(shí)際演示；f）鋪料的實(shí)際演示。
圖8擴(kuò)展人機(jī)交互至機(jī)械爪系統(tǒng)。數(shù)據(jù)表明：智能手套-襪子的4個(gè)傳感單元可控制機(jī)械爪的大關(guān)節(jié)、小關(guān)節(jié)及指尖動(dòng)作，6組運(yùn)動(dòng)組合信號(hào)清晰（圖8a-b）；機(jī)械爪能完成抓球和鋪料的任務(wù)，實(shí)時(shí)電信號(hào)穩(wěn)定（圖8c-d），實(shí)際演示驗(yàn)證其精確性，拓展了工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用。