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  皮膚是我們身體最大的器官，它既能感知微風的輕撫，也能承受衣物的摩擦，甚至能抵御酸堿的侵蝕。然而，對于旨在模仿皮膚的“電子皮膚”而言，耐磨與高拉伸往往是一對難以兼得的矛盾：要么像固體金屬一樣容易開裂，要么像液體金屬一樣容易泄漏。

  2026年3月10日，中南大學龔舒教授團隊聯合澳大利亞悉尼大學程文龍教授團隊，在《Nature Communications》上發表了題為“Abrasion-resistant wearable skins based on bilayered solid/liquid stretchable conductors”的最新研究成果。該研究巧妙構建了一種超薄（13.3微米）的銀顆粒（AgPs）/液態金屬顆粒（LMPs）雙層結構，首次實現了在極端拉伸（>900%應變）與嚴苛磨損環境下的高保真生理信號監測。這一成果為開發真正耐用的“第二層皮膚”提供了新的策略，論文第一作者為王澤軍博士。

  現有的柔性電子皮膚在實驗室條件下表現出色，既能測溫也能測壓。但一旦進入真實世界的摩擦場景——例如衣袖與手腕的反復摩擦、面部表情帶來的皮膚褶皺與揉搓——大多數器件會因為材料的開裂、分層或液態金屬的泄漏而失效。如何在保持超高拉伸性的同時，賦予電子皮膚堪比真皮的耐磨性？這是制約可穿戴設備走向長期醫療監測和日常應用的關鍵瓶頸。

  研究團隊提出的解決方案是一種雙層異質結構（圖1）。上層由銀粒子（AgPs）與SEBS彈性體構成的復合固體導體提供了卓越的耐磨性，在標準RCA耐磨測試中，能抵抗超過1500秒的持續磨損而不失效，遠超傳統的液態金屬電極（32秒即失效）。下層由液態金屬粒子（LMPs）與SEBS復合薄膜提供高拉伸下優異的應變不敏感性能。當器件被拉伸超過600%時，上層的銀粒子層因拉伸而產生微裂紋，此時下層的液態金屬粒子通過垂直方向的電子橋接，重新連接起上層的“孤島”，確保導電率幾乎不變。這種巧妙的界面工程同時利用SEBS聚合物骨架結構實現雙層的強黏附，即便經過膠帶反復撕扯也不會分層。

圖1：AgPs/LMPs雙層結構示意圖及耐磨性能對比（源自論文Fig. 1）

  為了驗證這一設計的魯棒性，研究團隊對其進行了一系列近乎“暴力”的測試。1）力電穩定性：在0-600%的循環拉伸下，器件的電阻變化極小。即使在600%拉伸狀態下直接進行RCA耐磨測試，電阻依然保持穩定。掃描電鏡圖像顯示，拉伸和磨損后，AgPs與LMPs界面發生了“粒子融合”，反而進一步鞏固了導電通路（圖2）。2）耐腐蝕性：將器件浸泡在強酸或強堿溶液中，AgPs/LMPs雙層電極在300%的循環應變下，電阻波動僅為10%。相比之下，無封裝的液態金屬電極表面氧化層被溶解，導致導電性徹底破壞。3）耐水洗與生物相容性：經過6小時的模擬洗衣機洗滌，雙層電極的電阻漂移小于20%，而純液態金屬電極的電阻暴增234倍。細胞毒性實驗顯示細胞存活率>95%，皮膚貼片實驗無刺激反應，銀離子的存在還賦予了電極優異的抗菌性能。

圖2：雙層導體在600%拉伸及磨損下的微觀形變與電性能變化（源自論文Fig. 2）

  基于這種堅固的結構，團隊進一步展示了其在耐磨生物電極和智能傳感系統中的應用。1）耐磨心電圖/肌電圖監測：通過在LMPs層中添加2.5%的丙烯酸酯，電極與皮膚間的界面粘附力達到了130 N/m。這使得電極-皮膚阻抗在10Hz至10?Hz范圍內低至105–1416 Ω，甚至優于商用的Ag/AgCl凝膠電極。在經過500次反復摩擦后，采集到的心電信號信噪比（SNR）幾乎沒有衰減，而對比組電極材料已完全失效。2）將應變傳感器貼于指尖，配合前臂肌電信號，構建了觸覺-神經肌肉融合感知系統。在指尖與盲文板反復滑動超過500次后，系統對盲文短語“TATTOO EMG”的識別準確率依然達到100%。3）表情識別：針對微笑、大笑、驚訝、憤怒四種面部表情，利用貼附于面部的三通道肌電傳感器采集信號。即使在面部清潔等強摩擦干擾下，結合卷積神經網絡（CNN）算法，識別準確率高達98.75%。

圖3：雙層導體作為耐磨超薄電子皮膚在盲文識別以及表情識別中的應用。（源自論文Fig. 5）

  這項研究的核心突破在于，它通過液固雙層界面工程，解決了柔性電子領域長期存在的“導電性-拉伸性-耐磨性”難以兼得的悖論。未來，這種超薄、耐磨、無泄漏的電子皮膚有望在長期連續血糖監測、腦機接口、以及特種防護服裝等領域發揮關鍵作用，為人機交互提供更可靠、更舒適的解決方案。該工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70438-8

  引用原文：Wang, Z., Shi, P., Li, Y. et al. Abrasion-resistant wearable skins based on bilayered solid/liquid stretchable conductors. Nat Commun (2026).