圖1（A）二維超分子纖維的合成示意圖，（B）超分子組裝過程及其二維結(jié)構(gòu)排列形成三維氣凝膠的示意圖。

圖2.（A-D）初始未壓縮氣凝膠的FE-SEM圖像（逐步放大微結(jié)構(gòu)），（E）適量壓縮后的導(dǎo)電氣凝膠電極的制造過程和（F-H）FE-SEM圖像（逐步放大微結(jié)構(gòu)）。

圖2A-D顯示了不同放大倍數(shù)的SupCP1/2原始未壓縮氣凝膠的FE-SEM圖像：氣凝膠內(nèi)部的片狀結(jié)構(gòu)，在片上組織的超分子纖維，以及具有納米級孔（20-150nm）的超分子纖維在3D結(jié)構(gòu)內(nèi)形成。最值得注意的是，超分子導(dǎo)電纖維均勻分布并纏結(jié)以形成孔結(jié)構(gòu)。在較低的放大倍數(shù)下（圖2C），超分子導(dǎo)電纖維均勻分布在3D氣凝膠結(jié)構(gòu)中，這在以前很難實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在1MP壓力下壓縮時（圖3E），SA保持良好的完整性而不會塌陷。SupCP電極松弛其大孔結(jié)構(gòu)，保持其納米級孔隙，超分子導(dǎo)電纖維仍然像可愛的絨毛一樣有規(guī)律地排列（圖2F-H）。氣凝膠的可變形性功能產(chǎn)生了促進(jìn)電解質(zhì)接觸和離子傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)用作柔性傳感器和電容器電極（圖3）。

圖3.（A）不同掃描速率下的電容量，（B）2000次充放電循環(huán)后SupCP1/2的電容保持率和（C）SupCP1/2電極在H2SO4電解質(zhì)中的CV曲線。照片為柔性超級電容器以正常和彎曲狀態(tài)下點(diǎn)亮藍(lán)色LED燈，外殼擴(kuò)大了LED燈的亮度。

圖4.柔性超分子氣凝膠檢測（A）手指移動的電壓響應(yīng)信號，（B）手腕脈沖和電壓響應(yīng)信號的數(shù)字照片。柔性超分子氣凝膠對（C）氯仿和（D）甲苯氣體的電阻響應(yīng)信號。（E）氯仿/乙醇誘導(dǎo)PANI的構(gòu)象變化和甲苯電子正電子中和PANI的示意圖。

本研究的靈感來自于自然生命自組裝，以開發(fā)一種非常規(guī)方法，用于在水性介質(zhì)中制備導(dǎo)電纖維素基氣凝膠。電容性活性材料不再簡單地加載到纖維素氣凝膠中，而是通過雙向氫鍵與超分子與納米纖維素連接，并構(gòu)建成氣凝膠結(jié)構(gòu)。本研究觀察到自交聯(lián)導(dǎo)電氣凝膠的快速超分子自組裝在微觀尺度上表現(xiàn)出前所未有的均勻性。在這種情況下，PANI參與了氣凝膠的骨架，并為電子傳導(dǎo)提供了連續(xù)的快速路徑。此外，CNF/ PANI SA具有優(yōu)異的協(xié)同和電化學(xué)性能，在柔性超級電容器電極中具有很大的應(yīng)用潛力。在傳感性能測試中，SA不僅可以監(jiān)測外部環(huán)境中不同的氣體濃度變化，還可以監(jiān)測人體運(yùn)動信號和脈搏信號（圖4）。該研究為可穿戴器件、智能性超級電容器和仿生皮膚傳感器的開發(fā)提供了低成本，快速的生策略。

這是浙江理工大學(xué)姚菊明教授生物高分子團(tuán)隊余厚詠副教授和加拿大滑鐵盧大學(xué)納米技術(shù)研究所(加拿大最大的納米中心)K.C.Tam教授在生物質(zhì)仿生皮膚傳感器件和相變調(diào)控藥物釋放領(lǐng)域合作發(fā)表的第5篇TOP期刊論文，其他四篇論文分別發(fā)表在Chemical Engineering Journal、ACS Sustainable Chemistry &Engineering等TOP期刊，同時在仿生皮膚和智能可穿戴傳感器件還在深化研究，有望得到更多的突破。

上述研究工作得到第四屆中國科協(xié)青年托舉人才項目、中捷國際合作項目等項目的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b06527