南京工业大学IAM团队黄维院士、霍峰蔚教授和四川大学的黄鑫教授：具有感应功能的改性皮革用于多功能电子皮肤
最近，南京工业大学IAM团队黄维院士（现工作单位西北工业大学）、霍峰蔚教授和四川大学的黄鑫教授（共同通讯作者）等报道了一种简单的、可设计的皮革电子皮肤。它结合了皮革天然复杂的结构、穿戴的舒适性和纳米材料的多功能特性。基于皮革的电子皮肤可以使“死皮”的皮革重新具有感应能力。这种电子皮肤可应用于柔性压力传感器、显示器和用户交互器件等。它为开发具有模仿甚至超越真皮功能的多功能电子皮肤提供了一类新的材料。研究成果以题为“Repurposed Leather with Sensing Capabilities for Multifunctional Electronic Skin”发布在国际著名期刊Adv. Sci.上。
基于皮革的电子皮肤具有精细的多级结构可以作为担载不同种类功能性纳米材料的独特平台。同时，基于皮革的电子皮肤制造过程简单、通用且可放大生产，并且与传统皮革工业中的鞣制和染色工艺相匹配。通过合理的设计，使皮革具有感知能力为实现多功能电子皮肤提供了一个新的平台。
图一、基于皮革的电子皮肤设计原理示意图
电子皮肤的主要功能就是在感知外部环境的刺激后将刺激转换为模拟电子信号。因此，导电性是基于皮革的电子皮肤的首要条件。
图二、导电皮革
（a） 导电皮革的制备过程；（b） 皮革的照片；（c） 导电皮革的照片；（d） 皮革的SEM图像；（e） 导电皮革的SEM图像；（f） 用不同量的酸化碳纳米管（a-CNTs）抽滤后，导电皮革具有可调的导电性以及分别担载了0.08, 0.16和0.32 mg/cm2 a-CNTs的导电皮革对应的照片；（g）CNTs、a-CNTs、皮革和导电皮革的拉曼光谱。
由于皮革具有多级结构、多孔性以及丰富的官能团（-COOH，-OH等），因此和皮革与a-CNTs之间存在物理和化学作用，使得a-CNTs在皮革中具有良好的渗透性。同时该制备策略可以扩展到其他纳米材料。
图三、制造策略可以扩展到其他纳米材料
（a、e）Ag NWs（银纳米线）抽滤后的皮革照片和SEM图像；
（b、f）PEDOT NFs（聚3,4-乙烯二氧噻吩纳米纤维）抽滤后的皮革照片和SEM图像；
（c、g）GO（氧化石墨烯）抽滤后的皮革照片和SEM图像；
（d、h）Au NPs抽滤后的皮革照片和SEM图像。
压力传感器的传感机制是利用外部负载力的增大使得叉指电极阵列之间的导电材料增多，在固定电压下，压力的变化与电流的变化相对应。基于导电皮革（a-CNTs/皮革），将一片导电皮革和另一片具有叉指电极的皮革缝合，制造了一种柔性且可穿戴的压力传感器。此外，由于皮革的与身俱来的可穿戴性和可裁剪性，该器件可被制造成不同的形状，如表带。
图四、基于导电皮革的可穿戴压力传感器
（a）柔性压力传感器的制造过程示意图；
（b）表带形状的压力传感器的照片；
（c）a-CNTs/皮革横截面的SEM图像；
（d）在不同压力下的a-CNTs /皮革的示意图；
（e）a-CNTs /皮革对不同压力的反应；
（f、g）在不同放大倍数下a-CNTs /皮革的表面形态的SEM图像；
（h、i）在不同放大倍数下a-CNTs /皮革的横截面的SEM图像；
（j）该压力传感器测试的正常情况下的脉搏测试图；
（k）传感机制：电流与加载压力之间的变化关系。
将皮革独特的多级结构与纳米材料的优异性能相结合制备的a-CNTs /皮革电子皮肤不仅可以测量不同的压力，还可以用于持续监测人的手腕脉搏。这表明通过合理的设计，基于皮革的电子皮肤是可以重新具有感知能力。同时导电皮革可被用作显示器件的背电极，将显著的促进信息的可视化，有利于改善人们的交流沟通和生活方式。
图五、基于皮革的显示器和用户交互式电子皮肤提供即时的视觉响应
（a） 基于皮革的显示器件的结构；（b、 c）分别在断电和通电情况下的皮革显示器件的照片；（d-f）通过调节施加力从轻触到重按，显示器件的亮度同步增加；（g） 基于皮革的用户交互式电子皮肤的结构。
文中展示了利用皮革的多级结构、可穿戴性、可加工性以及纳米材料的多功能性，可实现特定的功能以及器件的集成，如可穿戴的高灵敏度压力传感器用于人体脉搏监测；显示与传感器的集成实现人机交互功能等。同时，该电子皮肤的制备过程简单、通用且可与传统的皮革工艺相结合，从而有利于低成本的大规模生产。这种基于皮革的电子皮肤通过将传统皮革工业与新兴纳米材料相结合，提高皮革附加值的同时，这样的设计也将有利于新的柔性电子产品的出现，并有助于释放多功能电子皮肤（智能机器人、健康监测设备等）的潜力。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.201801283
来源：材料人网
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