皮膚作為人體最大的器官，負(fù)責(zé)人體內(nèi)部與外界環(huán)境的交互。在其柔軟的組織下面分布著一個(gè)龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)時(shí)獲得溫度、壓力、氣流等外界信息的變化。電子皮膚通過模擬人類皮膚的傳感功能，能實(shí)現(xiàn)或超越皮膚的傳感性能，在機(jī)器人、人工義肢、醫(yī)療檢測(cè)和診斷等方面展現(xiàn)應(yīng)用前景。
 

圖：多功能超薄電子皮膚及相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)發(fā)展高性能的電子皮膚的需求也不斷增加。因此，具有超薄、可拉伸、多參數(shù)檢測(cè)等性能的柔性電子皮膚正在引起廣泛的關(guān)注和迅速的發(fā)展。

中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國(guó)震課題組與解放軍總醫(yī)院教授姜?jiǎng)P開展深入的合作，在前期系列研究成果的基礎(chǔ)上（Nano Energy, 2016, 23, 7.; Nano Energy, 2017, 35, 121.; Adv. Mater. Technol. 2016, 1, 1600136.; Sci. China. Mater. 2016, 59, 173.），近期合作在電子皮膚領(lǐng)域取得了新進(jìn)展，開發(fā)了一種可直接貼附在人體表面的超薄高像素柔性電子皮膚陣列。通過引入聚合物中空球納米結(jié)構(gòu)，傳感器對(duì)環(huán)境壓力展現(xiàn)出了超高的靈敏度（31.6 kPa-1），以及低的探測(cè)下限（0.6 Pa）。由于所制備的聚合物具有負(fù)溫阻效應(yīng)，傳感器還對(duì)環(huán)境溫度具有很好的響應(yīng)。

利用簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體加工及轉(zhuǎn)印工藝，設(shè)計(jì)了微米級(jí)的超薄可拉伸襯底及蛇形電極結(jié)構(gòu)，使得器件不僅彈性好，也不易損壞，可以在不同環(huán)境下拉扯揉折之后，仍能感受到外部壓力與溫度的變化。將這種超薄電子皮膚應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體脈搏、語音、呼吸、體表溫度等生理信號(hào)的實(shí)時(shí)快速監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同物體的壓力分布成像。為了避免人體生理信號(hào)監(jiān)測(cè)中，體表溫度變化對(duì)器件的影響，還對(duì)傳感器進(jìn)行了溫度補(bǔ)償進(jìn)而提高器件在實(shí)際應(yīng)用中的檢測(cè)精度。

這項(xiàng)研究發(fā)展了一種制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉、適宜大規(guī)模生產(chǎn)的超薄電子皮膚的制備途徑，其高柔性及彈性也符合模擬人體皮膚的需求，因此具有重要的應(yīng)用價(jià)值，有望作為一種新型的人造電子皮膚服務(wù)于未來機(jī)器人、義肢使用者和可穿戴設(shè)備上。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。