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  輕薄、透明以及自修復功能的電子皮膚可極大地促進可穿戴電子設備、柔性顯示器以及軟體機器人的多功能發(fā)展。然而，由于對模具的依賴性以及封裝問題，目前大多數(shù)基于液態(tài)離子或者水凝膠材料制備的自修復柔性電子器件的厚度大約在500 μm 到幾毫米。同時，一些自修復材料或者電極材料本身的不透明性限制了柔性電子器件在高透光需求場景的應用。開發(fā)同時具有輕薄、高透明度和高穩(wěn)定性的自修復電子皮膚仍然是一個挑戰(zhàn)。

  近期，中科院北京能源與系統(tǒng)研究所王杰研究員課題組與蘇州大學能源學院特聘教授劉瑞遠以及中科院化學研究所來悅博士合作設計了一個可用于自驅(qū)動觸覺和非接觸式傳感的超�。�<10 μm）、高透明（>92%）的自修復電子皮膚。通過將軟動態(tài)鍵鎖定在硬鏈聚合物基質(zhì)中均勻控制彈性體，從而實現(xiàn)彈性體快速自修復功能，并獲得近100%的透明度和優(yōu)異的機械性能。另外，在彈性體中引入無定形微相分離材料和透明導電聚合物成功制備出厚度低至幾微米的獨立式超薄超透明電子皮膚。基于摩擦起電和靜電感應效應，3 μm厚的電子皮膚器件在人體運動的條件下可產(chǎn)生26 V的電壓，并且經(jīng)過45,000次半徑為0.5 mm的彎曲性能測試和146,000次工作循環(huán)測試后，還能繼續(xù)保持優(yōu)異的電學性能。最終，這項研究設計的超薄、高透明度、快速自修復性能和高機械柔韌性電子皮膚初步并且首次實現(xiàn)了基于電子皮膚的非接觸式智能操控手機指令，為智能人機交互提供了獨特的未來應用場景。工作以“Ultrathin, transparent, and robust self-healing electronic skins for tactile and non-contact sensing”為題發(fā)表在國際著名期刊《Nano Energy》上（Nano Energy, 2022, 107056）。文章第一作者劉瑞遠現(xiàn)為蘇州大學能源學院特聘教授，共同一作為中科院化學研究所來悅博士以及中科院北京能源與系統(tǒng)研究所李紹欣博士，通訊作者為中科院北京能源與系統(tǒng)研究所王中林院士，共同通訊作者為中科院北京能源與系統(tǒng)研究所王杰研究員，中科院化學研究所董俠研究員。研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金和北京市科委的支持。

圖3 超薄、超透明自修復摩擦納米發(fā)電機（TENG）的設計、光學和電學特性。（a）附在手腕上的摩擦電子皮膚的照片。插圖是完美貼合手腕皺紋的電子皮膚的放大圖像；（b）超薄TENG橫截面的掃描電鏡圖像，其中聚苯乙烯納米球（直徑，360 nm）嵌入彈性體層和PEDOT:PSS之間以增強觸覺靈敏度。插圖是沒有覆蓋納米球的掃描電鏡圖像。比例尺：500 nm；（c）厚度為3μm的TENG經(jīng)過自修復前后的透射光譜。在可見光范圍（400-800 nm）內(nèi)記錄了超過92%的平均透射率。插圖是在印刷彩色圖案上TENG的照片；（d）TENG與PTFE/Cu在接觸分離模式下產(chǎn)生的電壓（面積：4 cm2；頻率：1 Hz；力：5 N）。插圖是TENG的示意圖和工作原理，其中自修復彈性體用作摩擦電層，PEDOT:PSS 用作集電器；（e）TENG以半徑0.5 mm彎曲45,000次后電學性能的結(jié)果；（f）TENG經(jīng)過146,000次循環(huán)的運行穩(wěn)定性測試；（g）TENG在機械損傷前和修復后的輸出電壓；（h）機械力對有和沒有納米球TENGs輸出電壓的影響；（i）基于靜電感應效應，不同分離距離下TENG產(chǎn)生的電壓。

圖4 基于TENG的非接觸式手勢控制應用展示。（a）非觸控手勢控制系統(tǒng)的示意圖及流程；（b）超薄TENG貼在手機屏幕保護膜前后的照片；（c）在劃傷前和修復后，在屏幕上方約2 cm處戴手套揮手時從屏幕發(fā)出的感應電壓信號；（d）在通話時在屏幕上方揮手；（e）揮手后接聽電話。

  原文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522001409?via%3Dihub