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  不同感知功能的柔性電子皮膚是未來機器人與環(huán)境交互的重要入口。機器人或傷殘人士在特定部位貼附電子皮膚可以實現(xiàn)與人體皮膚一樣的感知能力。為了進一步接近人類皮膚的功能與特點，柔性電子皮膚在獲得觸覺感知的基礎(chǔ)上，還集成了壓力、溫度、應(yīng)變等多種傳感功能。雖然報道了多種具有壓力與溫度監(jiān)測能力的多功能電子皮膚，但是其進一步發(fā)展依然具有許多挑戰(zhàn)性。首先不同傳感信號解耦過程復(fù)雜，給信號識別帶來了極大難度。其次，多功能感知的實現(xiàn)需要解耦和處理復(fù)雜傳感信號，大大增加了整個電子皮膚系統(tǒng)的能耗。而目前的柔性電力單元還不足以滿足電子皮膚對柔性、超薄、生物相容性與能源可持續(xù)性的要求。因此，實現(xiàn)多功能電子皮膚不同傳感信號的有效分離以及相應(yīng)的能源可持續(xù)性是未來多功能電子皮膚類可穿戴設(shè)備的進一步發(fā)展的前提。

  近期，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院孫旭輝教授團隊提出了一種集成了摩擦電效應(yīng)與熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的柔性自供電溫壓一體化電子皮膚。該電子皮膚能夠同時感應(yīng)出溫度與壓力刺激，并且將壓力和溫度刺激分別轉(zhuǎn)換為兩個獨立的電壓信號。該電子皮膚的溫度傳感通過自然溫度梯度實現(xiàn)自供電，最小分辨率為0.5 K，靈敏度達到220 μV/K�；谀Σ岭姷淖怨╇妷毫鞲衅骺梢栽趯挿秶鷥�(nèi)（1 Pa-100 kPa）檢測壓力，最高靈敏度達到1.394 V/kPa。此外，在開發(fā)的一體化器件中，PEDOT:PSS摻雜MCNTs組成的復(fù)合薄膜同時作為溫度傳感層與電極層，水平方向上的熱電偶薄膜對溫度具有敏感性，而基于摩擦電的自驅(qū)動壓力傳感器對垂直方向上的壓力具有敏感性。通過器件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)了溫度與壓力傳感信號的分離，因此不需要開發(fā)額外的算法或者進行復(fù)雜的解耦計算。更為重要的是，所有這些傳感功能不需要外部電源即可實現(xiàn)，并且能保持相當(dāng)好的穩(wěn)定性。該工作為無源多功能電子皮膚的發(fā)展提供了一個很有前途的原型，它在柔性可穿戴設(shè)備和人工智能感知中具有巨大的應(yīng)用潛力。

  該工作以”Energy Autonomous Electronic Skin with Direct Temperature-Pressure Perception”為題發(fā)表在Nano Energy上，文章第一作者是蘇州大學(xué)碩士研究生陳云峰。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107273