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  最近，南京工業(yè)大學IAM團隊黃維院士（現(xiàn)工作單位西北工業(yè)大學）、霍峰蔚教授和四川大學的黃鑫教授（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)合了皮革天然復雜的結(jié)構(gòu)、穿戴的舒適性和納米材料的多功能特性�；谄じ锏碾娮悠つw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的多級結(jié)構(gòu)可以作為擔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，導電性是基于皮革的電子皮膚的首要條件。

圖二、導電皮革

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

  由于皮革具有多級結(jié)構(gòu)、多孔性以及豐富的官能團（-COOH，-OH等），因此和皮革與a-CNTs之間存在物理和化學作用，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展到其他納米材料。

圖三、制造策略可以擴展到其他納米材料

（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制是利用外部負載力的增大使得叉指電極陣列之間的導電材料增多，在固定電壓下，壓力的變化與電流的變化相對應(yīng)。基于導電皮革（a-CNTs/皮革），將一片導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。同時導電皮革可被用作顯示器件的背電極，將顯著的促進信息的可視化，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