紡織品也能導電？深入探討 S-PEDOT 纖維與 SELFTRON® 的商業潛力！

大家好！歡迎來到我們的科技新知節目。今天我們要探討一項材料科學的重大突破，它可能重新定義我們對智慧紡織品和穿戴式電子設備的想像。這就是近期由日本山梨大學與 Tosoh 公司合作開發的高導電自摻雜聚(3,4-乙烯二氧噻吩) (S-PEDOT) 導電纖維。

【第一段：S-PEDOT 纖維的突破性研究與製程創新】 這項研究的核心突破在於，他們首次成功透過「單步濕式紡絲法 (one-step wet-spinning)」製備出這種 S-PEDOT 導電纖維。
過去，製備高導電的 PEDOT:PSS 纖維通常需要使用乙二醇 (EG) 或二甲基亞碸 (DMSO) 等二次摻雜劑進行後處理，或甚至需要強酸處理來提升導電性。然而，這些後處理不僅增加了製程的複雜度與成本，也限制了其大規模工業應用的潛力。

S-PEDOT 纖維的創新之處在於，它無需任何二次摻雜劑或後續處理，就能直接形成高導電纖維。這項技術顯著簡化了製程，並為未來的產業化鋪平了道路。研究團隊透過將 S-PEDOT 水溶液從針筒中擠壓到丙腈凝固槽中，成功連續製備出直徑介於 13 至 53 微米之間的微纖維。

【第二段：S-PEDOT 纖維的卓越性能解析】 這種新製備的 S-PEDOT 纖維展現出令人驚豔的性能：

• 極高的導電率：在 S-PEDOT 水溶液濃度為 1.5 wt% 的最佳條件下，其導電率高達 1450 S/cm。這數值顯著超越了許多傳統導電聚合物纖維，例如先前報導的 PEDOT:PSS 纖維（467 S/cm 或 475 S/cm），也優於其鑄造薄膜狀態的 S-PEDOT（946 S/cm）。這種高導電性，是透過單一簡單的濕式紡絲步驟即可獲得。
• 優異的機械性能：除了導電性，S-PEDOT 纖維也展現出卓越的機械強度。其楊氏模數為 4.0 GPa，拉伸強度達到 297 MPa，斷裂伸長率為 8.4%。這些數值與其鑄造薄膜（楊氏模數 1.3 GPa，拉伸強度 26 MPa，斷裂伸長率 3.0%）相比，有顯著提升。這使得 S-PEDOT 纖維不僅導電，而且堅韌耐用，非常適合柔性應用。
• 性能提升的關鍵：鏈取向性：研究發現，S-PEDOT 纖維之所以能達到如此優異的電性和機械性能，關鍵在於聚合物鏈沿著纖維軸向的高度取向性。XRD 測量顯示，S-PEDOT 單一纖維呈現弧形繞射圖案，證實了分子鏈的定向排列，其取向度 (Π) 達到 72%。這種有序的結構有利於電荷載體的有效傳輸。
• 實際應用驗證：為了證明其實用性，研究團隊將 S-PEDOT 纖維成功應用於點亮 LED 電路。測試顯示，通過 S-PEDOT 纖維的電流密度高達 7000 A/cm²。這有力地證明了 S-PEDOT 纖維在智慧紡織品、電子紡織品 (e-textiles) 和穿戴式電子設備中作為導電線材的巨大潛力。
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【第三段：S-PEDOT 纖維的廣闊應用願景】 基於這些獨特的性能，S-PEDOT 纖維在多個產業中具有革新傳統材料的潛力。潛在應用領域包括：

• 智慧紡織品/穿戴裝置：可作為柔性電極、導線、感測結構，取代傳統金屬線路，應用於智能衣、發熱衣、運動感測裝置等。
• 顯示器製造：作為 ITO (氧化銦錫) 的替代方案，應用於 AMOLED 及柔性 OLED 的導電薄膜和透明電極。
• 醫療感測/生醫電子：用於生物訊號傳輸導線、電極貼片，應用於心電監測、穿戴式醫療裝置、智慧貼布。
• 印刷電子：大面積、低成本的導電電路，可用於 RFID、電子紙、互動海報等。
• 軟性電池與能源材料：作為柔性鋰電池、太陽能模組的集電體或導電層。
• EMI / ESD 屏蔽材料：應用於電子產品外殼與材料層結構，提供抗電磁干擾和靜電釋放功能。
• 電子紙與可撓性顯示：用於新一代電子紙和摺疊式顯示裝置的可撓式導電層。
• 智慧建材/互動牆面：可用於智慧窗簾、智慧地毯、互動牆面的壓力感測和發熱元件。
• 車用座艙電子：應用於方向盤加熱、座椅觸控、透明加熱窗等。
• 半導體封裝材料/測試座：作為微導線、接觸層、高密度接點導電材料，應用於微型接腳電極與彈性測試接口。
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【第四段：SELFTRON®：當前市場的領導者與商業化優勢】 儘管本研究的 S-PEDOT 纖維在實驗室規模上展現出驚人的性能，但若我們將目光投向商業應用和市場成熟度，情況則略有不同。
Tosoh 公司已商業化的產品 SELFTRON® 薄膜，雖然其導電性（1089 S/cm）略低於本研究中 S-PEDOT 纖維的最高值（1450 S/cm），但 SELFTRON® 的製程已進入「商品化階段」，並具備「成熟穩定的量產經驗」。

這正是 SELFTRON® 最大的商業優勢所在。它已經成功應用於 OLED、感測器、透明電極等多個領域，在市場上具備了實際應用和市場基礎。相較之下，本研究中的 S-PEDOT 纖維目前仍處於學術研究階段，尚未商品化。
雖然 S-PEDOT 纖維透過「單步濕式紡絲法」使其更適用於電子紡織和導線應用，但 SELFTRON® 的「溶液塗佈製程」（如 Casting/Spin coating）也已成熟應用於均質薄膜。這顯示了兩種材料在成型方式與最直接的應用方向上的區別，但不可否認的是，SELFTRON® 在「商業化」這一點上，顯然更接近，甚至已經實現了產業化條件。
【結語：展望未來與期刊洞察】 總體而言，S-PEDOT 纖維的問世，代表了導電聚合物材料領域的一項重大突破，尤其是在簡化製程和提升纖維性能方面。它未來有潛力取代 PEDOT:PSS 和 ITO 等傳統材料，開啟智慧紡織品和柔性電子設備的新時代。然而，SELFTRON® 以其已商業化的地位和成熟的量產經驗，目前在實際產業應用上具有更直接和廣泛的影響力。
這項研究發表於日本「The Society of Fiber Science and Technology, Japan」旗下的《Journal of Fiber Science and Technology (JFST)》期刊。雖然這是一本專業且在特定領域（如纖維材料、導電纖維、智慧紡織品）具有學術重要性的期刊，尤其在日本、台灣、韓國等地有一定引用率，但它並非 SCI 的頂尖期刊。然而，對於像 S-PEDOT 這種應用導向的材料工程研究，其實驗方法和成果具有高度可靠性和參考價值。
如果 S-PEDOT 纖維的製程未來能夠進一步擴展至 Roll-to-Roll (卷對卷) 製程以及多孔結構的開發，將能大幅推動這種新型導電高分子材料在更廣泛產業領域的實際應用和商品化進程。
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