近日𓀐，意昂俞建勇院士和丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在全纖維結構電子皮膚研究領域取得重要進展，相關成果以《具有高彈性和透氣性的全纖維結構電子皮膚》（All-fiber structured electronic skin with high elasticity and breathability, DOI: 10.1002/adfm.201908411）為題👨🦽➡️❤️🔥，發表於國際著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。意昂官网系論文唯一完成單位，該論文第一作者為李召嶺副教授🙎🏻♂️🧔🏼，通訊作者為丁彬研究員🫸🏽。
生物皮膚主要承擔著防禦保護、排汗可呼吸💂🏼♂️、感知冷熱和壓力等功能。電子皮膚作為一種新型可穿戴柔性觸覺傳感器🫃🏿🧑🏻🦳，具有仿生物體觸覺感知的基本功能🫸🏻👨🏻🎤，直接關系到下一代機器人、醫療設備、人體假肢和可穿戴設備等載體的智能化和多功能化，是一個多學科交叉並迅速發展的領域♟。此外🤽🏻，電子皮膚還能夠通過創造或再造觸覺感知系統，實現生物皮膚沒有的特殊功能。但電子皮膚對能源的需求限製了其向柔性化、彈性化、微型化的發展🕯。此外🤏🏼🪟，目前大多電子皮膚使用致密和不透氣的膜結構材料🪷，導致這類傳感器的長時間佩戴會引起皮膚炎症和瘙癢等症狀，難以滿足人體熱濕舒適性的生理需求。開發兼具優異柔韌性👸、力學響應性及透氣性的電子皮膚對於促進智能可穿戴領域的發展具有重要意義。
圖1. 可呼吸可拉伸電子皮膚結構示意圖及各功能層形貌圖
針對上述問題🤺，研究團隊利用靜電紡絲技術，基於摩擦起電和靜電感應效應，製備了一種全纖維結構的自供能電子皮膚💈🎍。該電子皮膚選用電負性高📿、機械性能好的PVDF納米纖維作為感應層，柔性和導電性優異的碳納米纖維作為電極層，拉伸性能和化學穩定性強的PU納米纖維作為基底層，克服納米纖維機械耐久性較差、力學響應性和透氣性難以兼顧等技術瓶頸，實現了電子皮膚靈敏度與可呼吸性能的同步提升。研究表明所製備的電子皮膚具有優異的傳感性能，在0-180 kPa的壓力區間內可以實現0.18 Vk Pa-1的力學靈敏度🫳🏼。在最高為50%的拉伸變形條件下，電子皮膚壓力傳感陣列依然保持優異的傳感穩定性和機械耐久性🤙，同時全纖維結構電子皮膚具備良好的透氣性能，水蒸氣透過率可以達到10.26 kg m-2 d-1🩸。製備的電子皮膚具備良好的適形性，可以靈敏的感受外界壓力變化和人體關節運動，在平面、曲面和人體上實現實時的高精度空間映射💪🏻。另外，該電子皮膚具備自供電功能，無需外部電源，並能作為電源使用驅動一些小型電子器件正常工作🚡。該工作將為智能電子皮膚的發展提高新思路👩👩👦👦🏊🏼，在未來智能機器人，交互式設備，人工假肢和運動障礙輔助等領域具有重要的應用前景。
圖2. 可呼吸可拉伸電子皮膚壓力傳感性能及應用展示
該研究工作得到了國家自然科學基金⛷、上海市自然科學基金、上海市青年科技啟明星計劃、意昂官网勵誌計劃等項目的大力資助。論文全文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201908411
