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用纳米材料制作柔软敏感的电子皮肤

阿卜杜拉国王科技大学KAUST的研究人员研究出了一种柔软而灵活的“电子皮肤”,电子皮肤非常灵敏,可以检测到吸入和呼出气体之间的微小温差,这将是一种新型皮肤生物传感器的基础。这种超薄材料对触摸和身体运动也很敏感,有广泛的应用前景。


皮肤保护我们,也让我们感知世界。皮肤在我们与世界的互动中起着至关重要的作用。电子皮肤模拟了皮肤的特性,可能会对可穿戴电子产品、感官假肢、软机器人和人机界面产生深远影响。

电子皮肤

图. 电子皮肤

电子皮肤对材料的要求非常苛刻,这种材料必须坚固、高度敏感,而且在应用于皮肤上时无法察觉。


研究人员使用了一种称为氢代石墨炔(HsGDY)的碳纳米材料,这种二维碳原子片在强度和导电性方面与石墨烯相似,但也存在关键差异。石墨烯紧密的蜂窝状碳结构增强了材料的刚性。相比之下,理论上,HsGDY由薄聚合物桥连接的刚性区域的“岛桥”原子结构应提供了内在的柔软性和灵活性,这是皮肤上应用的理想选择。


有很多研究支持HsGDY在电子皮肤中的应用,但尚未通过实验证明。该团队首先开发了一种新的合成策略,以形成大型统一的HsGDY片材。关键点是使用原子结构的单晶铜催化剂来连接材料的分子结构块。


该团队的研究结果证明理论所预测的:所得材料具有高度的可扭曲性、可拉伸性和机械耐久性。该团队研制的电子皮肤厚度约为18纳米,只有人类皮肤厚度的一小部分,能够以最大的灵活性和舒适度实现保形接触和与身体的长期粘附。


这种材料的岛桥原子结构不仅有助于HsGDY的柔软和柔性,而且也是其电子特性的关键。这些桥形成了很容易变形的超薄导电通道,当轻轻触摸甚至温度变化拉伸材料时,会导致电信号发生显著变化。


卓越的灵敏度和顺应性使人们能够直观地看到吸入和呼出之间的温差引起的微小变形,显示出实际临床应用的潜力。


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科学家使用纳米材料研制出柔软敏感的电子皮肤


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