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  電子皮膚因具有人體皮膚特征（如可拉伸性、彈性等），并且能將感知到的外部刺激，如拉力、壓力、溫度和濕度等轉(zhuǎn)化為可視/可度量的電信號，在人機(jī)交互、健康監(jiān)測和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。傳統(tǒng)電子皮膚傳感器是將導(dǎo)電材料和柔性基體復(fù)合得到，常用的柔性基體材料包括聚二甲基硅氧烷、熱塑性聚氨酯和橡膠等。然而這些基于合成高分子材料的電子皮膚傳感器的廣泛使用會產(chǎn)生大量不可降解的電子垃圾，易造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，更不順應(yīng)當(dāng)前社會綠色可持續(xù)發(fā)展的要求，嚴(yán)重制約了電子皮膚在柔性電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。

  近日，杭州師范大學(xué)朱雨田教授團(tuán)隊利用聚乙烯醇（PVA）作為基材、檸檬酸（CA）作為還原劑和銀納米顆粒（AgNPs）作為導(dǎo)電材料，通過一步原位還原法制備了高度透明且兼具有應(yīng)變、溫度和濕度多傳感功能的可循環(huán)利用的PVA/CA/AgNPs電子皮膚傳感器（圖1）。

圖1. 多功能且可循環(huán)利用的電子皮膚傳感器

  作為應(yīng)變傳感器，PVA/CA/AgNPs電子皮膚傳感器具有較寬的應(yīng)變傳感范圍（1-200%）、快速響應(yīng)時間（90 ms）和高線性度（R²: 0.998）。作為溫度傳感器，PVA/CA/AgNPs電子皮膚傳感器在30-40 ℃范圍內(nèi)表現(xiàn)出較高的溫度響應(yīng)系數(shù)（?0.076/℃），并且在拉伸狀態(tài)下仍能保持高靈敏的溫度響應(yīng)行為。另外，基于PVA和CA良好的吸濕性，所制備的傳感器具有濕度傳感性能，傳感器在加濕器持續(xù)加濕過程中可以點(diǎn)亮LED燈（圖2）。

圖2. 傳感器的濕度傳感性能

  PVA/CA/AgNPs電子皮膚傳感器的可拉伸性、高靈敏性、多功能傳感性以及長期穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了其在人體運(yùn)動監(jiān)測和健康狀況等方面的良好應(yīng)用前景。如圖3所示，柔性傳感器可以精準(zhǔn)識別呼吸、面部細(xì)微變化（臉頰凸起）以及手指和手腕彎曲的大幅度運(yùn)動變化；傳感器優(yōu)異的溫敏性能夠感知溫度變化；傳感器良好的濕度傳感性能夠精確感知面部皮膚的含水量變化，為監(jiān)測和跟蹤人體健康狀況提供可靠輔助。

圖3. 傳感器的應(yīng)用

  另外，由于PVA和CA的良好溶解性，電子皮膚材料可循環(huán)利用，通過簡單的溶解-重新鑄膜處理獲得的傳感器仍具有多功能傳感特性，并可以循環(huán)多次（圖4）。

圖4. 傳感器的循環(huán)利用性

  以上研究成果以“Stretchable and Transparent Multimodal Electronic-Skin Sensors in Detecting Strain, Temperature, and Humidity”為題發(fā)表在《Nano Energy》上。論文的第一作者是杭州師范大學(xué)碩士研究生陳良仁，通訊作者為朱雨田教授和青年教師常曉華。該項(xiàng)工作得到浙江省自然科學(xué)基金（LR20E030003）和國家自然科學(xué)基金（52003070）的資助。