1、研究背景：

近年來，隨著未來社會(huì)智能化程度的發(fā)展，電子皮膚作為未來可穿戴電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中的核心，具備多功能、超薄、低功耗甚至零功耗、良好的靈活性與生物相容性具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)多功能的電子皮膚，多種類型的傳感器被集成在了柔性基底上。然而，隨著多種傳感器的集成，使得整個(gè)電子皮膚系統(tǒng)的耗能顯著增加。目前的剛性電力單元限制了電子皮膚的超薄厚度和柔性，需要頻繁充電和更換電池。此外，大多數(shù)多功能電子皮膚都是基于對(duì)具有不同功能的單個(gè)傳感器的簡(jiǎn)單集成。這種多單元傳感器成本和體積的增加限制了它們的應(yīng)用。在單一器件上實(shí)現(xiàn)多功能感知是開發(fā)多功能電子皮膚的一種有效解決方法，該方法避免了復(fù)雜的制造過程與昂貴的成本。但是其機(jī)制復(fù)雜，多個(gè)傳感信號(hào)往往耦合在一起，給信號(hào)識(shí)別帶來了極大難度。

2、成果簡(jiǎn)介：

近期，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院孫旭輝教授團(tuán)隊(duì)提出了一種集成了摩擦電效應(yīng)與熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的柔性自供電溫壓一體化電子皮膚。該電子皮膚能夠同時(shí)感應(yīng)出溫度與壓力刺激，并且將壓力和溫度刺激分別轉(zhuǎn)換為兩個(gè)獨(dú)立的電壓信號(hào)。該電子皮膚的溫度傳感通過自然溫度梯度實(shí)現(xiàn)自供電，最小分辨率為0.5 K，靈敏度達(dá)到220 μV/K。基于摩擦電的自供電壓力傳感器可以在寬范圍內(nèi)（1 Pa - 100 kPa）檢測(cè)壓力，最高靈敏度達(dá)到1.394 V/kPa。此外，在開發(fā)的一體化器件中，PEDOT:PSS摻雜MCNTs組成的復(fù)合薄膜同時(shí)作為溫度傳感層與電極層，水平方向上的熱電偶薄膜對(duì)溫度具有敏感性，而基于摩擦電的自驅(qū)動(dòng)壓力傳感器對(duì)垂直方向上的壓力具有敏感性。通過器件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了溫度與壓力傳感信號(hào)的分離，因此不需要開發(fā)額外的算法或者進(jìn)行復(fù)雜的解耦計(jì)算。更為重要的是，所有這些傳感功能不需要外部電源即可實(shí)現(xiàn)，并且能保持相當(dāng)好的穩(wěn)定性。我們的工作為無源多功能電子皮膚的發(fā)展提供了一個(gè)很有前途的原型，它在柔性可穿戴設(shè)備和人工智能感知中具有巨大的應(yīng)用潛力。

該工作以”Energy Autonomous Electronic Skin with Direct Temperature-Pressure Perception”為題發(fā)表在Nano Energy上，文章第一作者是蘇州大學(xué)碩士研究生陳云峰。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107273

3、論文圖解：

柔性自供電溫壓雙功能電子皮膚（STPES）傳感機(jī)制

柔性自供電溫壓雙功能電子皮膚（STPES）傳感性能

柔性自供電溫壓雙功能電子皮膚（STPES）對(duì)加載-卸載壓力和溫度刺激循環(huán)的響應(yīng)

柔性自供電溫壓雙功能電子皮膚（STPES）在模擬人機(jī)交互場(chǎng)景中的演示

4、總結(jié)與展望：

為了構(gòu)建一種柔性電子皮膚具備多功能傳感信號(hào)的有效分離以及相應(yīng)的能源可持續(xù)性，本論文提出了多效應(yīng)耦合多功能電子皮膚的概念；通過開發(fā)低功耗，甚至能源自主的多功能電子皮膚來提升實(shí)用性；對(duì)多效應(yīng)耦合的機(jī)理進(jìn)行深入研究來提升多功能電子皮膚的傳感性能；避免解耦多功能電子皮膚傳感信號(hào)，有效分離不同傳感信號(hào)。通過自驅(qū)動(dòng)效應(yīng)耦合構(gòu)建自驅(qū)動(dòng)多功能電子皮膚傳感系統(tǒng)，為推動(dòng)電子皮膚集成化、實(shí)際應(yīng)用發(fā)展提供了有效思路。我們的工作為無源雙參數(shù)電子皮膚提供了一個(gè)很有前途的原型，它在柔性可穿戴設(shè)備和人工智能感知中具有巨大的應(yīng)用潛力。

審核編輯 ：李倩