Small: 柔性电子皮肤——具有压力感知能力的植物材料

过去数年中柔性电子皮肤研究所取得的瞩目成就将有力地推动以人为核心的电子革命。柔性电子皮肤在人体健康和运动监测、软体机器人、人工智能等领域将会有更深的应用。目前,简单、低成本和可持续发展的电子材料和器件的制造技术已经引起了人们的注意。目前用于制备的柔性电子皮肤的材料通常以传统的材料为主,包括金属、半导体、碳材料、高弹体聚合物及其复合材料。尽管柔性电子皮肤领域已经取得了重大进展,但材料的制造成本高、工艺复杂、非生物相容性和不可持续性严重限制了这些传感材料在柔性电子皮肤的广泛使用。

经历了长期的自然选择,许多植物的叶子和花朵已经进化出适应环境的各种几何结构。利用自然生物,人类正在探索其他有效途径来解决即将到来的电子革命的材料和工程技术的局限性难题。南方科技大学材料科学与工程系郭传飞教授课题组直接利用自然材料(例如玫瑰花瓣等)制备了简单、低成本、高性能的柔性电子皮肤。将自然界中花瓣和叶子作为介电层,结合银纳米线柔性电极构建三明治结构电容式柔性电子皮肤。植物中的多孔微结构起了极为关键的作用,它在外力作用下发生厚度的和介电常数的变化,从而实现了传感性能,类似于力学超结构的作用。该器件具有较高灵敏度(1.54 kPa−1)、超低的检测限(0.6 Pa)和较高的稳定性,能进行数千次的压缩和弯曲测试而不产生疲劳,实现了运动监测、气流探测、二维压力点阵的识别。该方法成本低廉、工艺简单,符合可持续发展理念,对构建环境友好型柔性电子体系具有重要意义。相关成果在线发表在Small上 (DOI: 10.1002/smll.201801657),并被选为当期Back Cover。论文的第一作者为南方科技大学材料科学与工程系硕士生万永彪和研究助理邱志光,通讯作者为南方科技大学材料科学与工程系郭传飞副教授。请点击https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201801657 阅读全文。