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  日前，中國科學技術大學龔興龍教授團隊受人體皮膚啟發設計了一種多功能Leather/Ag/Polyborosiloxane elastomer（LAP）電子皮膚，其集成了溫度調節、電磁干擾（EMI）屏蔽、抗沖擊和壓阻傳感能力。皮革外側的致密紋路對應天然皮膚的表皮層，作為抵御外部環境的機械屏障。銀納米線與銀片交織成三維復合網絡，填充在生物相容的皮革膠原纖維間隙中，對應人體真皮層結構。隨后，引入速率相關的聚硼硅氧烷彈性體（PBSE）以替代皮下組織層，提升整體緩沖吸能效果（圖1）。最終的 LAP 電子皮膚表現出極高的電磁屏蔽能力（≈75 dB）、良好的焦耳熱性能（3.0 V 供電電壓下達110 °C）和出色的抗沖擊性（能量耗散率超過85%）。有趣的是，它還能區分低速壓縮和高速沖擊行為，呈現出相反的電阻變化趨勢。在此基礎上，設計了一種新型智能背心，實現了區域加熱、形狀感知和藍牙報警，在醫療保健、可穿戴防護裝備和人機交互領域顯示出廣闊的應用潛力。該工作已發表在《Advanced Functional Materials》期刊上，題為“Exceed the Traditional Dead Leather to Intelligent E-Skin”。

圖1. LAP電子皮膚的制備工藝和傳感-防護機理。

  皮革纖維和PBSE之間具有良好的界面黏附效果，剝離強度（σ_p）達385.3 J m?2。其中，銀納米線可作為“橋梁”連接相鄰銀片，粘附于皮革纖維上，提升三維導電網絡空間接觸位點。得益于銀與膠原纖維束之間的緊密纏繞和廣泛的氫鍵作用，銀的修飾顯著提高了LAP的抗拉強度（9.28 MPa），表現出優異的機械性能（圖2）。

圖2. LAP電子皮膚的微觀表征和力學拉伸性能。

  基于優異的導電性和分層微結構，LAP展現出極佳的熱管理性能和電磁屏蔽特性。在3.0 V供電電壓下，LAP 表面溫度最高升至110 °C，并且溫度與電壓之間具有較好的線性關系。得益于歐姆損耗、界面失配、多次反射構建的三重耗散機制，LAP在1.6 mm厚度的情況下，達到了極高的電磁干擾屏蔽效能（EMI SE_T≈ 75 dB），遠超過商用屏蔽材料標準（20 dB）（圖3）。

圖3. 熱管理和電磁屏蔽性能。

  通過落錘沖擊試驗和有限元模擬對LAP的力學防護性能進行表征，結果顯示，在30 cm落錘高度下LAP實現了出色的峰值力緩沖能力和能量耗散率（> 85%）。其主要歸因于PBSE中動態B-O鍵在高應變率下的互鎖纏結，使得模量迅速增加，從而耗散了大部分沖擊能量（圖4）。

圖4. 抗沖擊性能和有限元模擬。

  由于敏感纏結的三維導電網絡，LAP實現了低能壓縮與動態高能沖擊電阻信號的解耦。低速壓縮時，LAP電阻下降，能精確識別梯度應變，并具備較快的響應時間（0.52/0.36 s）。受到落錘沖擊時，導電網絡從錘體中心向四周破壞，電阻在1 ms內急劇上升，呈現與壓阻傳感相反的變化趨勢，并能與沖擊能量較好地線性擬合（R2 = 0.994）（圖5）。

圖5. 低速壓縮和高速沖擊傳感性能。

  LAP 電子皮膚可貼附于人體不同位置，通過ΔR/R₀變化清晰分辨不同程度的壓縮、彎曲等日常行為。此外，LAP可作為信號發生器，無線傳輸摩斯密碼，實現了“USTC”、“IMVC”的精確識別（圖6）。

圖6. 日常行為監測和摩斯密碼識別。

  通過集成5×5 傳感陣列和無線藍牙技術，設計了一款多功能智能防護皮革背心。該傳感陣列可通過電阻信號變化精準識別物體的形狀和位置，具備高分辨率的形狀感知功能。同時，當遭受小錘沖擊時，沖擊力引發的導電路徑損傷導致電阻增大超過預設閾值，通過藍牙觸發手機報警，展現出極佳的實時安全監測性能（圖7）。

圖7. 智能防護電熱背心。

  綜上所述，該工作提出了一種基于天然皮革的新型 LAP 電子皮膚，不僅具備優異的力-電磁耦合防護與熱管理能力，還實現了低能量與高能量傳感信號的解耦。一維銀納米線與二維銀片纏繞皮革纖維形成高效三維導電網絡，賦予 LAP 電子皮膚出色導電性和高電磁干擾屏蔽效能。基于此，開發的多功能皮革背心兼具優異電加熱與無線沖擊傳感能力，其傳感陣列可精準識別壓力的形狀與位置，彰顯了 LAP 電子皮膚在下一代可穿戴電子設備與機器人領域的廣闊應用潛力。

  論文的第一作者為中國科大工程科學學院碩士研究生姚悅，通訊作者為中國科大工程科學學院龔興龍教授、宣守虎教授和香港浸會大學Ken Cham-Fai Leung associate professor。該研究獲得國家自然科學基金、城市軌道交通安全與應急管理安徽省重點實驗室開放課題以及中國科大學學生創新創業基金的資助與支持。

  原文鏈接：Y. Yao, Z. Fan, X. Gong, D. Li, W. Yang, K. C.-F. Leung, X. Wang, S. Liu, J. Yang, S. Xuan, Exceed the Traditional Dead Leather to Intelligent E-Skin. Adv. Funct. Mater. 2025, 2500572.

  https://doi.org/10.1002/adfm.202500572