【南京大學(xué)電子學(xué)院：基于電紡自組織金字塔微結(jié)構(gòu)的高性能、高舒適性貼膚傳感器】

近日，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院潘力佳、施毅教授團(tuán)隊(duì)在電子皮膚器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。貼合皮膚器件在醫(yī)療保健、行為監(jiān)測、個(gè)人防護(hù)、自供電和人機(jī)互動(dòng)等方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

為了實(shí)現(xiàn)貼合皮膚器件的舒適性，并減少感覺干擾與觸覺損失，研究人員利用靜電紡絲技術(shù)制備超薄、超輕、透氣的功能膜，最大限度地減少器件粘貼對皮膚造成的觸覺干擾與使用不適感。然而，受限于靜電紡絲的隨機(jī)沉積方式，目前的無感式功能膜表面平坦，具有較差的光、熱、力、電性能，導(dǎo)致器件性能較差。因此，開發(fā)新型微結(jié)構(gòu)材料，提高無感型器件的性能表現(xiàn)成為相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家所面臨的重大挑戰(zhàn)。

圖1. 材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖.

圖2. EMPA膜在日間輻射制冷、高靈敏壓力傳感和高效生物能收集方面

最近，該研究團(tuán)隊(duì)研制出一種電紡自組裝微金字塔陣列膜，該膜具有超薄、超輕、透氣的結(jié)構(gòu)及良好的光、熱、力、電性能，賦予舒適型貼合皮膚器件在日間輻射制冷、壓力傳感和生物能收集等領(lǐng)域優(yōu)良的性能表現(xiàn)（圖1）。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)度（1 kW m–2）下，金字塔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的輻射制冷性能，該結(jié)構(gòu)織物可以將皮膚周圍的溫度降低約4 ℃。所研制的壓容-摩擦電復(fù)合傳感器兼具高靈敏度和快響應(yīng)時(shí)間。靈敏度達(dá)到19 kPa–1、檢出限低至0.05 Pa、響應(yīng)時(shí)間快至0.8 ms。EMPA生物機(jī)械能收集器的能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到42%（圖2）。

得益于上述性能優(yōu)勢，EMPA器件適用于對電子競技運(yùn)動(dòng)員、司機(jī)等人員進(jìn)行長期的健康、情緒及壓力監(jiān)測，自供電動(dòng)作監(jiān)測及個(gè)人熱輻射防護(hù)而不影響相關(guān)工作人員的正常操作，位于指尖的傳感器可以在動(dòng)作操作壓力檢測的同時(shí)獲得人員的脈搏信息。

審核編輯 黃昊宇