大多数聚合物是良好的电绝缘体，电阻率高，容易产生静电，从而限制其应用[1-3]。静电在人体的积累可能影响各个脏器的工作，尤其是心脏的正常工作，从而引发心率异常和心脏提前收缩。因此，导电高分子材料的研究受到很多学者的关注。与传统刚性导电高分子材料相比，导电热塑性弹性体由于其可逆变形能力强，在拉伸、扭曲和折叠过程中具有持久的导电通路，在运动传感器、健康监控、移动侦测、可穿戴电子、可拉伸电子器件等领域展现较好的潜力。在军事上，导电弹性体可以用于制备电磁屏蔽材料，在电磁干扰屏蔽、电子包装、雷达吸收、加热元件，还有成本较高的存储电容器等方面广泛应用[4-7]。具有良好导电性和可拉伸性的柔性导电材料能够与各种电子器件集成，因而在电子皮肤、传感器等领域具有广阔的应用前景。本研究综述了导电热塑性弹性体的导电原理、导电网络构建以及目前基于金属材料、碳材料及新型离子的导电弹性体在电子领域的研究进展，为导电弹性体材料在电子领域应用存在的问题及未来发展方向提供参考。1基础理论导电聚合物复合材料主要由高电导率的导电填料和绝缘性的聚合物基体组成，其中导电填料提供载流子，通过导电填料之间的相互作用实现载流子在聚合物复合材料中的迁移。聚合物材料的电导率主要取决于载流子的浓度和电子迁移速率，载流子可以是电子，也可以是正负离子或空穴[8-10]。目前，导电理论主要包括：（1）逾渗理论。逾渗是指渗流效应，当填充量达到某个值时，整个体系发生突变，在导电性能方面从绝缘体变为导体。（2）导电通路。当导电填料直接接触或具有较小间隙(ｌ nm)时，可在基体中形成导电通道。（3）隧道效应。导电填料在基体中未直接接触时，复合材料也具有一定的电导率，甚至在导电填料含量较低时（难以形成完整的导电网络）也能够发生逾渗现象。这是因为热振动使电子在临近的导电填料间发生跃迁，产生隧道电流。（4）电子发射。在界面效应的作用下，导电粒子的相互碰撞更加频繁，从而产生电流作用形成发射电场[11]。2导电网络2.1导电网络的形成表1为不同理论的导电表达式。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.020.T001表1不同理论的导电表达式Tab.1Conductive expressions of different theories理论表达式说明逾渗理论Λ(ϕ)=Λn(ϕ-ϕc)Λ（ϕ）与Λn分别为复合材料以及导电填料的电导率；ϕ为填料的体积分数；ϕc为逾渗阈值体积排斥理论ϕc=1-exp(-Vedπr)Ｖe为填料的排除体积；d和r分别为棒状导电填料的长度和底面半径。理论适用于圆柱形（棒状）导电填料界面热力学理论(1-ϕ)(σt1/t-σ1/t)σt1/t+Aσ1/t+ϕ(σh1/t-σ1/t)σt1/t+Aσ1/t=0A为体系中导电填料的体积分数；σt、σh、σ分别为基体、导电填料以及复合材料的电导率；ｔ为逾渗参数导电网络的形成主要包括逾渗理论、排斥体积理论和界面热力学理论。其中逾渗理论在宏观上系统解释了导电性能突变的原因；排斥体积理论将逾渗理论和导电填料的几何形状相结合，能够更准确地描述体系的逾渗现象；界面热力学理论从界面能以及热力学方面入手，说明复合材料电导率激增的原因。2.2导电网络的构建在填料添加量较低的情况下，形成导电网络，是目前导电材料研究的重点。图1为典型导电网络的构建示意图。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.020.F001图1典型导电网络的构建示意图Fig.1The construction diagram of typical conductive network自下而上的方法是将导电填料和弹性体材料简单混合，此时填料在树脂中的分布是无序、混乱的，需要较高的添加量，才能够构建导电网络。而自下而上的方法是通过可靠的外部条件，将导电填料以某些方式组装搭接或接触，提前构建三维的导电网络。将弹性体与填料进行复合，形成导电弹性体材料。例如，在弹性体海绵网络表面组装导电填料[12]和利用冰模板[13]等方法直接将导电填料制备成三维网络，再利用弹性体包覆导电网络或者利用胶乳粒子的体积排除效应将导电填料湿法复合制备可拉伸导电复合材料。3导电弹性体在电子领域的应用导电弹性体材料集合了弹性体材料优异的可拉伸性、循环性及导电性，在电子领域的应用较广泛，特别是在传感器、光电器件及生物电子系统等方面。导电弹性体材料制备方法一般是引入导电填料构建导电网络，从而提升弹性体材料的导电性[14-17]。3.1金属导电弹性体在电子领域的应用在弹性体的生产制造中，金属类导电填料的电阻率虽然很低，但是成本比较高，使金属类导电填料在导电材料中的应用具有一定局限性。金属纳米线由于具有高电导率、光透过性以及良好的柔韧性，获得广泛研究。近些年，有关金属纳米线的大规模液相可控化学合成研究取得很多进展[18-19]。当前金属纳米线基导电弹性体研究较多的是银纳米线(AgNW)类导电材料[20]。Lee等[21]开发一种连续多步生长法合成超长AgNW，在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中，利用乙二醇还原反应，将硝酸银反复还原。硝酸银被七次还原后，制备的AgNW的长度和直径分别为96.1 μm和160 nm。通过真空过滤制备了AgNW薄膜，再转移到预拉伸50%的Ecoflex基体表面，制得的导电弹性体最高可承受460%的拉伸应变，相对电阻变化小于10，在电子器件领域具有一定应用前景。Choi等[22]使用镀金的银纳米线(Ag-Au NWs)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)弹性体，制备高导电、可拉伸的复合材料，将己胺配体修饰的Ag-Au NWs和SBS弹性体在含有己胺的甲苯溶液中均匀混合，室温下将混合溶液浇铸到图案化的模具中，得到复合型的柔性导电材料。制备的柔性导电材料可以适应0~100%的拉伸应变，并且能够应用于可穿戴的柔性电子器件。由于金属铜比其他贵金属产量丰富，且导电率高(5.96×105 S/cm)，铜基纳米材料在导电弹性体的制备和应用中具有成本优势。与AgNW相比，铜纳米线(CuNW)的主要缺点是抗氧化性弱。Song等[23]合成了Cu/Cu4Ni纳米线复合材料，以制备良好抗氧化性的柔性透明电极，在弯折、拉伸和扭曲形变下可以稳定工作。在自然环境中具有良好的抗氧化能力，在透明电极中展现应用前景。Won等[24]利用还原反应，合成了平均直径为(66±17) nm，平均长度为450 μm的铜纳米线。图2为CuNW导电弹性体制备流程。从图2可以看出，通过真空过滤制备CuNW薄膜，再转移到聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体上制得导电弹性体，该弹性体表现出优异的导电性和循环拉伸性，可应用于应变传感器。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.020.F002图2铜纳米线导电弹性体制备流程Fig.2Preparation process of CuNW conductive elastomer3.2石墨烯导电弹性体在电子领域的应用石墨烯由石墨氧化再高温膨胀得到单层石墨片，其电子迁移速率为20 000 cm2/(V‧s)，热导率为5 000 W/(m‧K)，具有优异的导电性能和传热性能。采用石墨烯制备的导电弹性体具有较低逾渗阈值，对于弹性体本身的可拉伸性影响较小，制备的弹性体材料也应用于电子领域。Chen等[25]通过模板导向化学气相沉积法，在具有互连结构的多孔镍泡沫网络上制备了三维的石墨烯网络。将石墨烯渗透到柔性基底PDMS网络中，制备可拉伸的导电复合材料，该复合材料具有稳定的电学性能和出色的柔韧性[26]。Liang等[27]报道了一种基于柔性可拉伸导电复合材料的透明电极(TCE)及其在聚合物发光二极管(PLEDs)的应用。结果表明：该器件由TCE阴极/阳极层、聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/聚（苯乙烯磺酸）(PEDOT/PSS)孔传输层、发光层和聚醚酰亚胺(PEI)的电子传输层等组成。其中关键部分是可拉伸的TCE，主要是将氧化石墨烯(GO)修饰的AgNWs渗透网络嵌入聚氨酯丙烯酸酯(PUA)表层，制得TCE。将PEDOT/PSS孔传输层、发光层和电子传输层依次旋涂到表面，再与GO-Ag NWs/PUA膜紧密贴合，制得具有高透明和良好导电性的PLEDs。Gao等[28]报道了一种具有超高力学强度、可自修复的全固态可拉伸电子导体。研究人员选用石墨烯作为导电填料，聚氨酯作为柔性基体，制备了一种具有双重动态网络结构的可拉伸电子导体。软相DOU-PU中的DOU动态键和可逆氢键作用赋予柔性电子导体良好的自修复性，修复效率可以达到90%。而石墨烯作为硬相使得电子导体表现出优越的力学性能，断裂强度高达6 MPa，拉伸应变可达1 000%，韧性为48 MJ/m2。此外，石墨烯纳米片的高导电性还赋予了电子导体较高的电导率(R=47.8 Ω-1)。导电弹性体具有良好的导电性和应变敏感性，基于该柔性电子导体的应力传感器可对人体不同运动部位信号进行监测。3.3碳纳米管导电弹性体在电子领域的应用碳纳米管是由六元环结构的石墨层构成。按照中空管状石墨层的层数，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管[29-30]。碳纳米管导电弹性体在电子领域中应用主要集中在电子传感器方面。Sekitani等[31]将碳纳米管应用到可拉伸导电领域，将化学稳定的单壁碳纳米管均匀分散在弹性含氟共聚物基质中，制备单壁碳纳米管(SWNT)糊剂。研究表明：SWNT糊剂穿孔为网状结构并涂有PDMS以改善其弹性。所得到的SWNT复合材料薄膜的初始电导率为57 S/cm，并且当单轴拉伸达到38%或更小时，薄膜的导电率或机械损伤没有显著变化，对于单轴拉伸应变为134%，初始电导率降至6 S/cm。当导体的导电率为50 S/cm，其可以在高应变水平(50%)下拉伸约500次而电导率不会显著降低，可在拉伸传感器中应用。Lü等[32]采用过滤和转移法制备碳纳米管网络/聚二甲基硅氧烷(NTN/PDMS)复合材料，并分析材料的电阻-压力应变灵敏度。研究表明：在6%的压力应变下，NTN/PDMS复合材料的电阻变化为90.6%。制成的复合材料的电阻-压力应变灵敏度是采用传统方法制备NTN/PDMS复合材料的2.13倍，在压力传感器中有一定应用潜力。Liu等[33]采用微接触印刷和丝网印刷的方法，将纳米复合材料的微观结构嵌入未填充的PDMS中作为应变传感器，并对聚合物与碳纳米管的聚合机制进行了探究。结果表明：当拉伸应变大于45%时，纳米复合传感器的电阻发生了显著的变化。Zhang等[34]研究证明了多壁碳纳米管填料可以赋予复合材料应变传感功能。该纳米复合材料是将质量分数5%的多壁纳米管填料分散到聚碳酸酯基体中。研究表明：当受到线性和正弦动态应变输入时，纳米复合材料电阻(deltaR/R0)的瞬时变化以类似应变片的方式响应。测得该纳米复合传感器的灵敏度约为典型应变片的3.5倍。这种纳米复合材料电学性能对机械应力的敏感性，说明这些多功能材料除了增强力学性能（强度、刚度、结构阻尼等）外，还具有提供实时健康监测和自诊断功能的潜力。3.4MXene导电弹性体在电子领域的应用一种新型二维层状材料MXene由于具有多种物理和化学特性而引起研究者广泛关注。由于MXene表面具有丰富的官能团、良好的亲水性，在水中能够稳定分散，从而为共价改性奠定了基础，使MXene能够被表面改性或修饰[35-36]。MXene材料具有高电导率（约10 000 S/cm）、高容量电容(1 500 F/cm3)、优异的生物相容性和力学性能等，在电子、光电子、生物医疗和催化等领域均展现良好的应用前景[37-39]。基于良好的导电性，MXene也被用作导电纳米材料，与聚合物衬底结合制备导电弹性体。Hu等[40]使用壳聚糖(CSx)将MXene纳米片连接成连续而规则有序的多层结构，并通过冷冻干燥法制备了质量轻、可回弹的导电气凝胶。研究表明：该气凝胶能够承受大应变(99%)，长期压缩（高达15万次循环）和反复弯曲，可应用于应变和压力传感器。An等[41]使用氟化锂和盐酸刻蚀Ti3AlC2相中的铝层，制得Ti3C2Tx(MXene)材料。由于Ti3C2Tx薄片表面带有负电荷，因此可将Ti3C2Tx与表面带有正电荷的聚合电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDAC)，通过层层自组装(LbL)的方式浸涂或喷涂到柔性衬底（PET或PDMS）表面。图3为MXene结构示意图及典型层层自组装导电弹性体制备流程。这种方法可以增强Ti3C2Tx与基体间的结合性，并且便于通过控制导电薄膜的厚度而调控复合导电弹性体的电机械性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.020.F003图3MXene结构示意图及典型层层自组装导电弹性体制备流程Fig.3MXene structure diagram and typical layer-by-layer self-assembly conductive elastomer preparation process3.5离子导电弹性体在电子领域的应用材料导电的核心是内部是否存在载流子，而载流子可以是电子也可以是离子[42-44]。近年来，为了满足柔性可穿戴电子器件的要求，开始研究离子导电弹性体。离子导电弹性体是将电解质盐溶解在柔性聚合物网络中，通过共价交联和非共价交联作用制备[45-48]。Wang等[49]报道了一种利用离子-偶极相互作用作为动态键进行自我修复的透明、高拉伸性离子导电弹性体。研究表明：该材料可承受超过5 000%的极端应变，离子电导率为10-4 S/cm。并且该材料可以在室温下24 h内完全修复机械损伤，无须任何外部刺激。该离子导电弹性体应用于电激活的人工肌肉，使其在严重的机械损伤后自主愈合，具有独特的组合吸引力。Shi等[50]通过盐溶于聚合物的策略制备一种高拉伸性、高透明性及无溶剂的离子导电弹性体(ICE)。ICE具有较高的稳定性，在室外甚至是高温高压条件下质量均保持不变。因此，无溶剂的ICE为柔性电子和软体机器人的快速发展提供可能。Zhang等[51]将聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物与离子液体（1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐）溶解在丙酮中，通过溶液浇铸和溶剂挥发制备了一种可水下自愈合的高透明离子导电弹性体。由于离子液体与聚合物网络之间多重离子-偶极作用的存在，使其具有高弹性模量、出色的回弹性、良好的耐热性和离子导电性，有望在软体机器人、可伸缩传感器和能源存储等电子设备中得到广泛应用。由氢键供体(HBDs)和氢键受体(HBAs)依靠组分间的氢键作用形成的“聚合低共熔溶剂”(PDESs)，可以用于制备新型离子导电弹性体。PDESs中至少含有一种可聚合的单体，可以使PDESs在引发剂存在的情况下发生聚合，形成大分子聚合物Poly(PDESs)。而HBAs可选取常用的季铵盐，其除了可以提供氢键作用外还可以作为导电离子，在施加电场时，季铵盐离子的运动可为聚合物提供离子导电性。利用PDESs组分间的多样性和可设计性，可便捷高效地制备性能全面的离子导电弹性体。Li等[52]利用氯化胆碱与丙烯酸组分间特有的性质，制备了可原位光聚合的PDESs，并探讨了其在可图案化的柔性形变传感器中的应用。研究表明：制备的PDESs在添加光引发剂和交联剂后，经紫外光照射30 s即可制备高透明（光学透过率80%）、离子导电(0.2 S/m)和可图案化（海星型）的弹性体。制备的弹性体可应用于触觉和应变传感器，具有灵敏的信号响应。合成在宽温度范围（从零下到高温）内自主自愈合、透明、可拉伸和导电的一体分子网络是一项挑战。Li等[53]通过两种可聚合的PDES单体，丙烯酰胺(AAm)/氯化胆碱(ChCl)和马来酸(MA)/ChCl型PDES的光引发共聚，制备自愈合、透明、导电和高拉伸弹性体。聚(AAm/ChCl-co-MA/ChCl)体系的二元结构块之间的氢键可以很容易地断裂和重组，使这种有机设计的弹性体在-23~60 ℃的温度范围内自愈合，同时保持高度透明的外观。超分子网络弹性体显示出快速的自我修复性能（在2 s内），无任何其他外部刺激，并且具有优异的自我修复效率（高达94%）。弹性体是高度透明（平均透过率为95.1%），本质导电（离子电导率为4.0×10-4 S/cm），室温下可拉伸（应变高达450%）。该材料在恶劣环境中的可拉伸电子器件和光学相关领域中有应用潜力。4结论（1）导电弹性体在使用过程中，需要适应各种复杂的环境变化，并且保持功能的稳定性。同时具有高导电性和可拉伸性的导电弹性体在电子领域，特别是柔性电子器件的制备与构筑中发挥重要作用。（2）导电填料与弹性体之间存在复杂的界面结合，其结合或分布对于导电弹性体综合性能具有重要影响。其中导电填料与弹性体之间的复杂结合机制，影响综合性能较好的弹性体材料的制备。（3）单一导电填料通常具有较高的逾渗阈值，将不同三维形貌、不同尺寸的导电填料在树脂中共混或相互掺杂，有利于降低聚合物的逾渗阈值。（4）高电导率的新型离子导电填料具有较高拉伸性、回弹性和循环稳定性，离子导电弹性体的制备是该领域研究的重点。（5）导电弹性体在电子领域应用中需适应的环境复杂多变，因此，目前更多研究倾向于设计和制备在不同的环境下（如温度、压力、磁场等）可以保持使用性能的导电弹性体材料。