▶ 科技日报记者  颉满斌

　　近日，兰州大学物理科学与技术学院教授兰伟领衔的柔性电子科研团队在电子皮肤领域取得新突破。团队提出的一种一体式自供能全透明柔性电子皮肤，一改先前穿戴不方便、不美观的缺点，能够让电子皮肤发挥更大作用。

　　实验结果表明，这种新型电子皮肤系统除了具有优异的柔性、透明性和电化学性能以及高灵敏度之外，充电后，该一体式电子皮肤还可模仿人类皮肤感知功能，贴敷于人体皮肤实现对脉搏、吞咽、肢体运动等微弱生理信号和大范围肢体运动的多尺度人体活动的实时检测。

　　解决多个技术难题

　　模仿人类皮肤感知功能的电子皮肤是一种新型的柔性可穿戴传感器，具有轻薄、柔软、灵活等特点，可将外界刺激转化为不同的输出信号，因此在智慧医疗、人机交互、虚拟现实和人工智能等领域具有广阔的应用前景。

　　“传统电子皮肤大多需要与外部电源集成，以及多设备协同工作。”兰伟说，“现有的电子皮肤通常依靠笨重的刚性电池或能量收集装置来运行。”因此，迫切需要开发和构建一款轻薄、柔软、高透明度和高稳定性的一体化自供电透明电子皮肤。

　　此外，实现电子皮肤透明化，可满足视觉或美学的要求，也是走向实用化的必经之路。电子皮肤的透明效果可为其功能设计提供更多灵感，例如与光伏能源收集模块和变色效果集成。

　　基于长期的工作积累和研究经验，研究团队提出了一种一体式自供能全透明柔性电子皮肤。

　　实现各尺度人体活动检测

　　兰伟介绍，团队的该项研究除了设计一种一体式自供能的全透明柔性电子皮肤，实现了透明超级电容器、可拉伸透明应变传感器和蛇形电阻的单片集成外，更重要的是实现了对脉搏、吞咽、肢体运动等微弱生理信号和大范围肢体运动在内的多尺度人体活动的检测。

　　“如何在保持一定透光率的前提下实现超级电容器的高储能性能和传感器的高灵敏度，是研究团队面临的最大困难。”兰伟说。

　　此前，团队长期从事柔性电子学方面的应用基础研究，积累了大量的实验数据。2017年，团队首次提出了基于一维银纳米线网络的柔性透明热疗片；2019年，团队将银纳米线网络作为超级电容器的集流体，在表面原位构建了具有高赝电容特性的二维垂直纳米片阵列作为活性材料，同时实现了器件的高透明度和出色的电化学储能特性。为了摆脱渗流理论限制，团队通过静电纺丝结合磁控溅射技术制备出了大面积、排布方向可控的金属银纳米纤维网络的柔性透明电极，使导电性和透光率两个关键指标方面同时得到了大幅度提升。

　　2021年，团队将银纳米纤维网络作为超级电容器的集流体，设计构建了银纳米纤维与氧化钼纳米线复合的电极结构，在不牺牲透光率的前提下实现了器件电化学储能特性的大幅度提升。同年，团队通过调控银纳米纤维的排布方向，发现基于定向排列银纤维网络的透明热疗片显示出非常优异的透明性、导电性和机械稳定性。多个相关技术已获得中国发明专利授权。

　　基于前期工作积累，团队进一步从材料选择、结构设计、制备工艺优化等多方面入手，进行一体式自供能的全透明柔性电子皮肤攻关，如利用缺陷工程提升超级电容器的能量密度，引入纳米纤维素调控光折射率构筑自支撑纸电极，设计一维银纳米线复合二维纳米片网络和“岛—桥”结构设计提高传感器的透明性和灵敏度等。