.712 工程科学学报，第42卷，第6期 组成.作者将AuNP-AgNW/PDMS复合材料作为 人类皮肤，是电子皮肤传感器的发展目标.制备工 可拉伸导体与P3HT-NF/PDMS弹性体半导体形成 艺复杂、制造成本高昂、集成功能有限是目前制 欧姆接触.由于制备过程中P3HT-NF的结晶度的 约多功能电子皮肤传感器阵列发展的主要因素 提高，从而提高了载流子迁移率.制造的薄膜晶体 电子皮肤需要有源电路来连接大量设备以实现各 管在50%拉伸时可以保持其初始电性能超过 种功能，所以需要最小的布线复杂度以及最快的 55%,并且由于结晶度的提高而表现出最高的基 响应速度来实现高效能，探究新的制备工艺，优化 于P3HT的场效应迁移率1.4cm2.V-1S-. 传感器结构设计是实现多功能电子皮肤传感器阵 Hua等67在多功能集成的电子皮肤上取得了 列的大面积、低成本制备的可行途径 突破，作者研究了一种机械感测电子皮肤，由机械 随着5G时代的即将到来，万物联网的理想将 灵活且可拉伸的传感器网络组成，这些传感器网 会逐步实现，作为数据检测终端的传感器也将迎 络可以检测和量化各种刺激以模仿人体的体感系 来新一轮快速发展的机遇，电子皮肤作为智能传感 统，如触觉、冷热和皮肤疼痛的感觉受体和神经网 器的一种应用同样将迎来新的发展机遇.相信随 络.这种多功能的传感器网络集成在结构化聚酰 着医疗检测和信息技术的不断发展，电子皮肤的 亚胺网络上来实现特定可扩展的传感器单元，其 新性能会愈加丰富，而大面积、低成本的多功能电 性能包括但不限于温度、平面应变、湿度、光、磁 子皮肤传感器阵列也会伴随着5G浪潮而得以实 场、压力等 现，在医疗健康、机器人等领域带来更多的应用. 4结论与展望 参考文献 近年来，电阻式、电容式、压电式、光学式、无 [1]Amjadi M,Kyung K U,Park I,et al.Stretchable,skin-mountable, 线传感等传感原理都在电子皮肤传感器中得以应 and wearable strain sensors and their potential applications:a 用，并得益于聚二甲基硅氧烷、碳纳米管、石墨烯 review.Ady Funct Mater,2016,26(11):1678 等新材料的使用和新型传感器结构设计、纳米制 [2]Bae G Y,Pak S W,Kim D,et al.Linearly and highly pressure- 造技术和3D打印等先进技术的出现，电子皮肤触 sensitive electronic skin based on a bioinspired hierarchical structural array.Ady Mater,2016,28(26):5300 觉传感器在可拉伸/压缩性、生物相容性、生物降 [3] Trung T Q.Lee N E.Flexible and stretchable physical sensor 解性、自供电性、自修复性、温度敏感性以及多功 integrated platforms for wearable human-activity monitoring and 能集成等方面已取得了突破性的研究进展，越来 personal healthcare.Adv Mater,2016,28(22):4338 越接近人类皮肤特性.尽管目前电子皮肤领域发 [4 Wang X D,Zhang HL,Dong L,et al.Self-powered high- 展迅速，但在实现将多功能集成到大面积、低成本 resolution and pressure-sensitive triboelectric sensor matrix for 传感器阵列的目标之前，仍然需要进一步研究. real-time tactile mapping.Ady Mater,2016,28(15):2896 (1)虽然研究人员们目前已经赋予了电子皮 [5]Xu S,Zhang Y H,Jia L,et al.Soft microfluidic assemblies of 肤可拉伸/压缩性、生物相容性、生物降解性等诸 sensors,circuits,and radios for the skin.Science,2014, 344(6179):70 多性能，甚至其某些性能超过了人类皮肤，如拉伸 性伸展距离可以是人类皮肤的很多倍、柔性触觉 [6]Zhong W B,Liu QZ,Wu Y Z,et al.A nanofiber based artificial electronic skin with high pressure sensitivity and 3D 传感器也具有比人类皮肤高得多的空间分辨率 conformability.Nanoscale,2016,8(24):12105 等，但是现有的电子皮肤传感器依然与人类皮肤 [7] Hammock M L,Chortos A,Tee B C K,et al.25th anniversary 的综合感知存在着巨大的差距.大面积电子皮肤 article:the evolution of electronic skin (e-skin):a brief history, 传感器的扩展性差，高灵敏电子皮肤传感器的制 design considerations,and recent progress.Adv Mater,2013, 备工艺复杂、成本高昂、柔性与弹性之间的兼顾 25(42):5997 等问题都亟待解决，进一步优化材料以获得电子 [8]Wu Z C,Chen Z H,Du X,et al.Transparent,conductive carbon 皮肤检测限度、灵敏度、稳定性等性能的提升，以 nanotube films.Science,2004,305(5688):1273 及实现与人体神经交互68]等新功能的拓展仍然是 [9]Opatkiewicz J P,LeMieux M C.Liu D,et al.Using nitrile functional groups to replace amines for solution-deposited single- 必要的 walled carbon nanotube network films.ACS Nano,2012,6(6): (2)多功能电子皮肤传感器阵列可以同时检 4845 测温度、压力、湿度等多种参数，具有拉伸性、自 [10]Small W R,in het Panhuis M.Inkjet printing of transparent, 修复性、生物相容性等特性，其综合性能最接近于 electrically conducting single-walled carbon-nanotube composites.组成. 作者将 AuNP-AgNW/PDMS 复合材料作为 可拉伸导体与 P3HT-NF/PDMS 弹性体半导体形成 欧姆接触. 由于制备过程中 P3HT-NF 的结晶度的 提高，从而提高了载流子迁移率. 制造的薄膜晶体 管 在 50% 拉伸时可以保持其初始电性能超 过 55%，并且由于结晶度的提高而表现出最高的基 于 P3HT 的场效应迁移率 1.4 cm2 ·V–1·S–1 . Hua 等[67] 在多功能集成的电子皮肤上取得了 突破，作者研究了一种机械感测电子皮肤，由机械 灵活且可拉伸的传感器网络组成，这些传感器网 络可以检测和量化各种刺激以模仿人体的体感系 统，如触觉、冷热和皮肤疼痛的感觉受体和神经网 络. 这种多功能的传感器网络集成在结构化聚酰 亚胺网络上来实现特定可扩展的传感器单元，其 性能包括但不限于温度、平面应变、湿度、光、磁 场、压力等. 4    结论与展望 近年来，电阻式、电容式、压电式、光学式、无 线传感等传感原理都在电子皮肤传感器中得以应 用，并得益于聚二甲基硅氧烷、碳纳米管、石墨烯 等新材料的使用和新型传感器结构设计、纳米制 造技术和 3D 打印等先进技术的出现，电子皮肤触 觉传感器在可拉伸/压缩性、生物相容性、生物降 解性、自供电性、自修复性、温度敏感性以及多功 能集成等方面已取得了突破性的研究进展，越来 越接近人类皮肤特性. 尽管目前电子皮肤领域发 展迅速，但在实现将多功能集成到大面积、低成本 传感器阵列的目标之前，仍然需要进一步研究. （1）虽然研究人员们目前已经赋予了电子皮 肤可拉伸/压缩性、生物相容性、生物降解性等诸 多性能，甚至其某些性能超过了人类皮肤，如拉伸 性伸展距离可以是人类皮肤的很多倍、柔性触觉 传感器也具有比人类皮肤高得多的空间分辨率 等，但是现有的电子皮肤传感器依然与人类皮肤 的综合感知存在着巨大的差距. 大面积电子皮肤 传感器的扩展性差，高灵敏电子皮肤传感器的制 备工艺复杂、成本高昂、柔性与弹性之间的兼顾 等问题都亟待解决，进一步优化材料以获得电子 皮肤检测限度、灵敏度、稳定性等性能的提升，以 及实现与人体神经交互[68] 等新功能的拓展仍然是 必要的. （2）多功能电子皮肤传感器阵列可以同时检 测温度、压力、湿度等多种参数，具有拉伸性、自 修复性、生物相容性等特性，其综合性能最接近于 人类皮肤，是电子皮肤传感器的发展目标. 制备工 艺复杂、制造成本高昂、集成功能有限是目前制 约多功能电子皮肤传感器阵列发展的主要因素. 电子皮肤需要有源电路来连接大量设备以实现各 种功能，所以需要最小的布线复杂度以及最快的 响应速度来实现高效能，探究新的制备工艺，优化 传感器结构设计是实现多功能电子皮肤传感器阵 列的大面积、低成本制备的可行途径. 随着 5G 时代的即将到来，万物联网的理想将 会逐步实现，作为数据检测终端的传感器也将迎 来新一轮快速发展的机遇，电子皮肤作为智能传感 器的一种应用同样将迎来新的发展机遇. 相信随 着医疗检测和信息技术的不断发展，电子皮肤的 新性能会愈加丰富，而大面积、低成本的多功能电 子皮肤传感器阵列也会伴随着 5G 浪潮而得以实 现，在医疗健康、机器人等领域带来更多的应用. 参    考    文    献 Amjadi M, Kyung K U, Park I, et al. Stretchable, skin-mountable, and wearable strain sensors and their potential applications: a review. Adv Funct Mater, 2016, 26（11）: 1678 [1] Bae G Y, Pak S W, Kim D, et al. Linearly and highly pressure￾sensitive electronic skin based on a bioinspired hierarchical structural array. Adv Mater, 2016, 28（26）: 5300 [2] Trung T Q, Lee N E. Flexible and stretchable physical sensor integrated platforms for wearable human-activity monitoring and personal healthcare. Adv Mater, 2016, 28（22）: 4338 [3] Wang X D, Zhang H L, Dong L, et al. Self-powered high￾resolution and pressure-sensitive triboelectric sensor matrix for real-time tactile mapping. Adv Mater, 2016, 28（15）: 2896 [4] Xu S, Zhang Y H, Jia L, et al. Soft microfluidic assemblies of sensors, circuits, and radios for the skin. Science, 2014, 344（6179）: 70 [5] Zhong W B, Liu Q Z, Wu Y Z, et al. A nanofiber based artificial electronic skin with high pressure sensitivity and 3D conformability. Nanoscale, 2016, 8（24）: 12105 [6] Hammock M L, Chortos A, Tee B C K, et al. 25th anniversary article: the evolution of electronic skin (e-skin): a brief history, design considerations, and recent progress. Adv Mater, 2013, 25（42）: 5997 [7] Wu Z C, Chen Z H, Du X, et al. Transparent, conductive carbon nanotube films. Science, 2004, 305（5688）: 1273 [8] Opatkiewicz J P, LeMieux M C, Liu D, et al. Using nitrile functional groups to replace amines for solution-deposited single￾walled carbon nanotube network films. ACS Nano, 2012, 6（6）: 4845 [9] Small W R, in het Panhuis M. Inkjet printing of transparent, electrically conducting single-walled carbon-nanotube composites. [10] · 712 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期