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  最近，南京工業(yè)大學(xué)IAM團(tuán)隊黃維院士（現(xiàn)工作單位西北工業(yè)大學(xué)）、霍峰蔚教授和四川大學(xué)的黃鑫教授（共同通訊作者）等報道了一種簡單的、可設(shè)計的皮革電子皮膚。它結(jié)合了皮革天然復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、穿戴的舒適性和納米材料的多功能特性。基于皮革的電子皮膚可以使“死皮”的皮革重新具有感應(yīng)能力。這種電子皮膚可應(yīng)用于柔性壓力傳感器、顯示器和用戶交互器件等。它為開發(fā)具有模仿甚至超越真皮功能的多功能電子皮膚提供了一類新的材料。研究成果以題為“Repurposed Leather with Sensing Capabilities for Multifunctional Electronic Skin”發(fā)布在國際著名期刊Adv. Sci.上。

  基于皮革的電子皮膚具有精細(xì)的多級結(jié)構(gòu)可以作為擔(dān)載不同種類功能性納米材料的獨特平臺。同時，基于皮革的電子皮膚制造過程簡單、通用且可放大生產(chǎn)，并且與傳統(tǒng)皮革工業(yè)中的鞣制和染色工藝相匹配。通過合理的設(shè)計，使皮革具有感知能力為實現(xiàn)多功能電子皮膚提供了一個新的平臺。

圖一、基于皮革的電子皮膚設(shè)計原理示意圖

  電子皮膚的主要功能就是在感知外部環(huán)境的刺激后將刺激轉(zhuǎn)換為模擬電子信號。因此，導(dǎo)電性是基于皮革的電子皮膚的首要條件。

圖二、導(dǎo)電皮革

（a） 導(dǎo)電皮革的制備過程；（b） 皮革的照片；（c） 導(dǎo)電皮革的照片；（d） 皮革的SEM圖像；（e） 導(dǎo)電皮革的SEM圖像；（f） 用不同量的酸化碳納米管（a-CNTs）抽濾后，導(dǎo)電皮革具有可調(diào)的導(dǎo)電性以及分別擔(dān)載了0.08, 0.16和0.32 mg/cm2 a-CNTs的導(dǎo)電皮革對應(yīng)的照片；（g）CNTs、a-CNTs、皮革和導(dǎo)電皮革的拉曼光譜。

  由于皮革具有多級結(jié)構(gòu)、多孔性以及豐富的官能團(tuán)（-COOH，-OH等），因此和皮革與a-CNTs之間存在物理和化學(xué)作用，使得a-CNTs在皮革中具有良好的滲透性。同時該制備策略可以擴(kuò)展到其他納米材料。

圖三、制造策略可以擴(kuò)展到其他納米材料

（a、e）Ag NWs（銀納米線）抽濾后的皮革照片和SEM圖像；

（b、f）PEDOT NFs（聚3,4-乙烯二氧噻吩納米纖維）抽濾后的皮革照片和SEM圖像；

（c、g）GO（氧化石墨烯）抽濾后的皮革照片和SEM圖像；

（d、h）Au NPs抽濾后的皮革照片和SEM圖像。

  壓力傳感器的傳感機(jī)制是利用外部負(fù)載力的增大使得叉指電極陣列之間的導(dǎo)電材料增多，在固定電壓下，壓力的變化與電流的變化相對應(yīng)。基于導(dǎo)電皮革（a-CNTs/皮革），將一片導(dǎo)電皮革和另一片具有叉指電極的皮革縫合，制造了一種柔性且可穿戴的壓力傳感器。此外，由于皮革的與身俱來的可穿戴性和可裁剪性，該器件可被制造成不同的形狀，如表帶。

圖四、基于導(dǎo)電皮革的可穿戴壓力傳感器

（a）柔性壓力傳感器的制造過程示意圖；

（b）表帶形狀的壓力傳感器的照片；

（c）a-CNTs/皮革橫截面的SEM圖像；

（d）在不同壓力下的a-CNTs /皮革的示意圖；

（e）a-CNTs /皮革對不同壓力的反應(yīng)；

（f、g）在不同放大倍數(shù)下a-CNTs /皮革的表面形態(tài)的SEM圖像；

（h、i）在不同放大倍數(shù)下a-CNTs /皮革的橫截面的SEM圖像；

（j）該壓力傳感器測試的正常情況下的脈搏測試圖；

（k）傳感機(jī)制：電流與加載壓力之間的變化關(guān)系。

  將皮革獨特的多級結(jié)構(gòu)與納米材料的優(yōu)異性能相結(jié)合制備的a-CNTs /皮革電子皮膚不僅可以測量不同的壓力，還可以用于持續(xù)監(jiān)測人的手腕脈搏。這表明通過合理的設(shè)計，基于皮革的電子皮膚是可以重新具有感知能力。同時導(dǎo)電皮革可被用作顯示器件的背電極，將顯著的促進(jìn)信息的可視化，有利于改善人們的交流溝通和生活方式。

圖五、基于皮革的顯示器和用戶交互式電子皮膚提供即時的視覺響應(yīng)

（a） 基于皮革的顯示器件的結(jié)構(gòu)；（b、 c）分別在斷電和通電情況下的皮革顯示器件的照片；（d-f）通過調(diào)節(jié)施加力從輕觸到重按，顯示器件的亮度同步增加；（g） 基于皮革的用戶交互式電子皮膚的結(jié)構(gòu)。

  文中展示了利用皮革的多級結(jié)構(gòu)、可穿戴性、可加工性以及納米材料的多功能性，可實現(xiàn)特定的功能以及器件的集成，如可穿戴的高靈敏度壓力傳感器用于人體脈搏監(jiān)測；顯示與傳感器的集成實現(xiàn)人機(jī)交互功能等。同時，該電子皮膚的制備過程簡單、通用且可與傳統(tǒng)的皮革工藝相結(jié)合，從而有利于低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。這種基于皮革的電子皮膚通過將傳統(tǒng)皮革工業(yè)與新興納米材料相結(jié)合，提高皮革附加值的同時，這樣的設(shè)計也將有利于新的柔性電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，并有助于釋放多功能電子皮膚（智能機(jī)器人、健康監(jiān)測設(shè)備等）的潛力。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.201801283