給機器人“穿上”具備良好柔韌性、高靈敏度的“電子皮膚”，使機器人像人一樣敏感獲知環(huán)境信息，并做出相應反應。目前，哈爾濱工業(yè)大學威海校區(qū)材料科學與工程學院王華濤副教授課題組宣布，“基于石墨納米片/聚氨酯納米復合材料的高柔性、高靈敏度、可穿戴的‘電子皮膚’”已具備工業(yè)化大量生產的條件。據(jù)了解，相關成果已發(fā)表在國際著名期刊《美國化學學會—應用材料與界面》上。

近幾年柔性電子材料的研究取得了很大進步，關于石墨烯等新材料的研究異常火熱。柔性電子材料具有高靈敏度、可彎折等優(yōu)點，具有可穿戴性，可應用于各類柔性傳感器，如壓力傳感器、觸覺傳感器、氣體分子傳感器等。王華濤告訴記者，課題組通過一系列封裝工藝，把石墨納米片加入到彈性高分子體系里，形成一種高柔性、高靈敏度的“電子皮膚”，厚度僅為40微米，接近一根頭發(fā)絲粗細。

這種新型柔性電子皮膚在不同的應力應變條件下均有良好的響應，在可穿戴電子領域里將會有廣闊的應用空間。為假肢制造、機器人設計、可穿戴設備等領域搭起了橋梁。王華濤表示，該課題突破了石墨納米片的制備技術、石墨納米片與高分子均勻分散技術、成膜技術三大難題，與以往僅局限于實驗室研究的電子皮膚相比，該研究還提供了一種可以大量生產的工藝，這對于柔性電子器件的發(fā)展具有重要意義。

近年來，關于石墨烯的電子皮膚研究還有哪些呢？我們一起來看看。

1.利用“石墨烯海綿”制作人造電子皮膚

該研究工作將向研發(fā)柔性可伸縮變形、高壓力敏感性的超薄傳感器發(fā)展，并逐步實現(xiàn)集對壓力、溫度、濕度、酸堿度、光、電、磁敏感為一體的超薄人造電子皮膚，使未來的機器人可以像人類一樣感受到外界環(huán)境的各種變化。但人造電子皮膚的設計制備難度非常大，比以往硅基集成電路要求更加苛刻，要求器件中所有的部件（像電池、晶體管，導線等）都具有可伸縮變形的能力。

中國科學技術大學俞書宏教授課題組利用“石墨烯海綿”克服了以上難題。俞教授課題組在彈性海綿的制備上積累了大量經(jīng)驗，此類“彈性海綿”往往以銀線為模板，葡萄糖為碳源并進行水熱碳化和高溫處理而得到的。這種由納米級碳纖維構成的海綿具有良好的彈性，并且電阻隨著形變而變化，是良好的壓力傳感器。電阻變化的機理是碳纖維之間的接觸點隨海綿的形變而變化，從而導致電阻隨著海綿的形變而變化。而具有良好的三維網(wǎng)絡結構的商業(yè)的海棉具有非常好的彈性，并且在壓縮的過程中，海綿中纖維網(wǎng)絡會相互接觸，同先前制備的彈性海綿非常類似。如果以商業(yè)海綿為原材料制備壓力傳感器，不僅成本就會大大降低，而靈敏度和耐用性有可能得以提升。值得指出的是，海綿屬于絕緣體，如何使海綿導電是個關鍵性的問題。而在前期的工作中，研究人員已成功解決該難題。

2.石墨烯變色電子皮膚研制成功，擁有變色能力將成為現(xiàn)實

眾所周知，自然界很多動物都有一種人類無法復制的本領，就是變色！比如變色龍，章魚以及魷魚等。在遇到敵人追捕或感受到威脅時，它們通過改變皮膚的顏色巧妙地偽裝自己。而當碰到青睞的異性時，皮膚會變得更加鮮艷以提高魅力。有時候，當身體溫度改變時，它們皮膚的顏色也會改變。

科學家們一直在嘗試復制這種能力。現(xiàn)有的人工皮膚只有在產生極大的機械形變時才會顯示出肉眼可見的顏色變化。不過，最近來自清華大學、北京大學以及中科院等科研院所的幾位科學家研制出了一種新的交互式電子皮膚，大大降低了可見色變所需的外界條件。這一成果也將會用于機器人、假肢和其他穿戴式設備。

這個新的電子皮膚的材料主要是石墨烯，由高靈敏度的電阻應變傳感器和可拉伸的有機電致變色器件構成。相關論文近日發(fā)表在《2DMaterials》雜志上。

最后，楊博士最后補充道：“雖然之前很少有新聞來報道我們的這種在如此小的應變范圍內就可以產生交互式顏色變化的電子皮膚，但是它將來在穿戴式設備，機器人和假肢中的應用前景將會非常廣闊。”

整理：ChemicalBook中文編輯部

編輯人員：娜米