人體皮膚通？梢詫τ|覺信號的強度與位置同時產(chǎn)生準確的感知。而對于模擬人體皮膚結(jié)構(gòu)與功能的柔性電子皮膚，其對壓力位置的感知通常依賴于高密度傳感陣列的制備，后端數(shù)據(jù)處理以及顯示裝置的集成，這種方式在降低數(shù)據(jù)直觀性的同時，其額外的電路設(shè)計與對外接顯示設(shè)備的依賴也大大抵消了柔性電子在便攜性與成本方面的優(yōu)勢。另一方面，在電子皮膚中引入原位壓力可視化功能模塊，不僅可以提供所施加載荷的空間信息，還可以為輸入信息提供更加直觀的感知與交互平臺。
目前，在電子皮膚上實現(xiàn)壓力可視化的策略通常包括壓力驅(qū)動的發(fā)光與變色。通過壓力調(diào)控發(fā)光二極管內(nèi)部的能帶結(jié)構(gòu)，可以通過發(fā)光二極管光強與顏色的變化實現(xiàn)對壓力分布的顯示。然而這種方法盡管可以實現(xiàn)高空間分辨率，但像素化陣列設(shè)計對加工工藝有著較高要求，并且像素點之間的串擾也會顯著降低光學對比度。而通過電阻式壓力傳感器串聯(lián)電致變色器件，以歐姆分壓的方式調(diào)控電致變色器件的偏壓，通常只能引起顯示裝置的整體變色，而非壓力載荷的空間分布，因此提供的壓力位置信息非常有限。
這一體系不僅可以顯示靜態(tài)壓力分布，并且可以對動態(tài)壓力軌跡進行追蹤。其空間分辨率可達1mm以下，顏色對比度可達160nm。而通過調(diào)控器件的電壓方向，可以對顯示的壓力分布圖進行多次擦除以及重置（圖2a）。而在電學傳感中，這一體系也可以在20kPa范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻的電容信號，壓力分辨率可達2Pa，響應時間可達0.06秒。這種對壓力的電/光雙模響應可以在監(jiān)測表皮信號中實現(xiàn)對皮膚形變大小與位置的同步監(jiān)測，相對于傳統(tǒng)柔性壓力傳感器可以提供更加豐富的生理信息（圖2b）。
本工作提供了一種壓力傳感與顯示的全新策略，擺脫了傳統(tǒng)壓力顯示裝置對傳感陣列以及像素化顯示裝置加工的依賴。實現(xiàn)了高靈敏度、分辨率與對比度的電-光雙模壓力傳感，有望為基于電子皮膚的智能器件設(shè)計以及人機交互提供新的思路。
文章信息：Boyuan Shao?, Shun Zhang?, Yunfei Hu?, Zetao Zheng, Hang Zhu, Liu Wang, Lingyu Zhao, Fang Xu, Luyang Wang, Mu Li, Jidong Shi* Nano Lett. 2024, DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04755
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c04755
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