眾所周知🐩，柔性電子與可穿戴器件已發展成為當今的科技前沿和熱點研究領域，而導電材料能否承受大量無損真折疊已成為製約其中諸多方向進一步發展的“瓶頸”問題。比如當今熱門的可折疊手機，實際上只是利用了一個旋轉軸👩‍🏭，根本無法進行任意折疊🫐；一些可穿戴電子設備不可避免地要遇到反復折疊問題🧑🏽‍🏭，至今也無法解決；未來人們期待使用的折紙式手機/電腦一體化設備（吳慶生等授權專利ZL201721122410）目前更難以實現🪕。若要解決這些問題🏄🏽，超折疊導電材料無疑是關鍵的一環🧑🏼‍🦲。然而，盡管人們已經進行了大量的探索，可實際上距離其超折疊性能仍相差甚遠🧲，哪怕千次以上的無損真折疊也無法實現。其主要原因是人們對於導電材料折疊過程中的應力分散原理及其構效關系了解甚少😾，而且對本征導電材料的不可多折疊性質認識不足。

       鑒於此，我校化學科學與工程學院吳慶生教授和吳彤特聘研究員領銜的研究團隊在通過化學鍵理論創建本征導電材料不可折原理基礎上💁🏼‍♀️，應用超材料設計思想和仿生設計思路，使用改進的靜電紡絲/梯度碳化技術🐙🏊🏼‍♀️，首次仿生製備了一種可承受100萬次乃至無限次真折疊而無任何損傷的超折疊導電碳材料（SFCMs），這實際上是一種導電柔性超材料（meta-material）的問世。通過自建的實時SEM折疊系統觀察研究以及力學模擬分析🔦，揭示了SFCMs折疊過程中的多級應力分散機製🧝🏽‍♂️，為其它超折疊材料和器件的設計製造指明了方向📡😆，具有重大的科學意義和廣闊的應用前景。其相關工作以“A biomimetic conductive super-foldable material”為題發表在Cell姊妹刊Matter上（Matter,2021,DOI:10.1016/j.matt.2021.07.021）。

     超材料能夠通過人工設計實現自然材料本身所不具有“反常”功能🧪，而家蠶吐絲-做繭-繅絲等一系列過程能夠獲得具有超折疊能力的熟蠶繭及其自然形成的“ε”折疊結構。這些都為超折疊導電材料的製備提供了正確的設計思想與合理的設計路線。

    結構分析表明，SFCMs是一種～200nm直徑、微米級長度、～3.8納米孔徑🧑🏻‍🦱、～445 m²g⁻¹比表面積🧑🏻‍💼、含有少量N和O🥢、部分石墨化🐛☕️、節點無黏連、層間可分離的八面玲瓏網絡構造。

    用自製的計數折疊機進行自動折疊和導電率跟蹤、通過自裝的SEM實時折疊觀察系統進行微觀分析👵。結果發現：隨著折疊的進行🐫，首先出現層間的波浪式突起，以分散與平面垂直方向的應力🥷🏻；然後褶縫左右通過壓縮層間距而形成兩個分散弧和一個中間內突島，以分散彎折弧度縮小產生的應力，同時讓每根納米纖維都免受直接的180º蹂躪；在整個折疊過程中，彎折弧頂部與兩個分散弧對應處的納米纖維產生局部滑移，形成兩條稀疏的溝槽，以分散折縫處層內的應力。於是🌜，隨著折疊的進行，一個包含突起的層🏩、滑移的槽、分散的弧在內的“ε”折疊構造形成，使180º真折疊的應力得到完全分散，從而保障了導電材料在經歷100萬次乃至無限次真折疊之後仍完好無損🕵🏿‍♀️。力學模擬進一步證實了上述機理。

    該論文運用蠶繭仿生思路，首次設計製備出能夠經受百萬次以上無損真折疊的網絡碳材料，實現了超折疊導電材料的突破👸；首次闡明了導電材料折疊過程中的應力分散機理，為其它超折疊導電材料的設計製備指明了方向，為折紙式手機/電腦一體化設備等超柔性電子器件的問世帶來了新的曙光🐗。

    該項研究得到了國家自然科學基金和精細化工國家重點實驗室開放基金的資助🏊🏻🐼。美國斯坦福大學崔屹教授給予了研究工作大力支持。清華大學李亞棟院士、大連理工大學彭孝軍院士、日本名城大學S.Iijima院士、復旦大學彭慧勝教授、中科院沈陽金屬所劉暢教授以及北京大學塗騰博士都對該工作提供了幫助。我校航空航天與力學學院賀鵬飛教授和朱峰博士，環境科學與工程學院黃翔峰教授、張偉賢教授和王穎教授在多方面進行了通力合作。該論文通訊作者為吳彤特聘研究員和吳慶生教授以及上海師範大學萬穎教授，第一作者為昝廣濤博士💪，第一署名單位為恒达平台化學科學與工程學院等機構，恒达平台具有完全知識產權。

 論文鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00392-1