万甦伟等：电子皮肤新型材料与性能研究进展 ,711 研究了一个可伸缩的有机光伏(OPV)电池.作者 理过程的温度/压力空间分布图.作者已经在临床 通过在预拉伸的PDMS弹性基底上沉积了一个由 睡眠实验室和可调式医院病床上进行了人体研 PEDOT:PSS制成的透明电极，其上是聚(3-己基噻 究，目前具备了包括监测昼夜循环和减轻压力诱 盼)：(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯(P3 HT:PCBM)的活 发的皮肤溃疡的风险.该电子皮肤传感器设备由 性层以及一个共晶镓铟(EGaIn)的液态金属顶部 一个具备NFC通信功能的集成电路芯片、用于无 接触层来制备，这种有机太阳能电池可以被拉伸 限能量手机和温度感激模拟的数字转换系统、压 到27%且具有可逆性，其光伏特性几乎不变.该研 力传感器等部件构成，外部由聚二甲基硅氧烷 究小组还对有机太阳能电池的光伏特性影响因素 PDMS进行封装，与人体接触部分涂抹生物相容性 进行了研究6.通过对两种不同共轭聚合物及其 皮肤胶以保障设备的生物相容性.整个设备薄而 与PCBM的共混物对拉伸性能达到20%的有机太 柔软，最大限度地缩短温度段传感器与皮肤之间 阳能电池的光伏特性进行比较，其中可拉伸基底、 的热平衡时间，可以贴于人体的各个部位，从而实 透明电极、顶部电极分别为PDMS、PEDOT:PSS 现对整个身体的温度与压力传感 以及共晶镓钢.基于屈曲的弹性模量测量结果表 3多功能集成电子皮肤研究进展 明，共轭聚合物的特性会显著影响太阳能电池的 应变响应，PCBM在本体异质结膜中的混合使得 由于新材料和新技术的不断涌现，目前已经 P3HT比使用DPPT-TT(重复单元包含二酮吡咯并 出现了越来越多具有不同功能的传感器并可以应 吡咯，噻吩，噻吩并噻吩和噻吩的亲水聚合物)变 用在电子皮肤当中，但是把各种不同功能的传感 得更硬 器集成到同一电子皮肤设备上，即是电子皮肤同 2.4温度敏感性 时具有多种功能目前仍然是电子皮肤领域的一个 Jeon等u剧研究了一种基于镍微粒子填充二元 热点与难点 聚合物复合材料的无线温度传感器，与单一聚合 Kim等s研究了一种电子系统，可以像纹身 物复合材料制备的温度传感器相比，该传感器具 一样安置在人体皮肤上，这套系统包括电生理，温 有更好的重现性.该无线温度传感器由镍微粒子 度和应变传感器的系统，以及晶体管，发光二极 填充二元聚合物复合材料与聚乙烯(PE)和聚环氧 管，光电探测器，射频电感器，电容器，振荡器和整 乙烷(PEO)为基体设计而成，这些材料显示出比其 流二极管等部件，太阳能电池和无线线圈被集成 他类型的柔性温度传感器更好的灵敏度，灵敏度 到自供电系统中.该设备的薄厚度与柔软性，可以 搞到0.3V℃.实验结果表明该无线温度传感器 实现与人体皮肤表面的保角接触，即使在皮肤变 在35~42℃时具有很强的正温度系数效应，适用 形时，该设备也能随之改变且无分层或滑动.实验 于人体温度的检测 结果显示该系统可以可逆地拉伸到30%而不受损 Han等6研究了一种能够精确、连续测量生 伤或分层，足以适应人类的自然运动. 理健康状况的薄而柔软的电子皮肤传感器，可以 Kim等研究了一种可以感知压力、应力和 对人体各部位的温度及压力进行监测.该传感器 温度的多功能型的传感器，并可应用于电子皮肤 采用了无电池设备设计，具有无限供电功能，通过 该传感器由具有共形涂敷的银纳米线的金纳米颗 近场通信(NFC)功率传输和数据传输，将安装在 粒(AuNP-AgNW)沉积在PDMS中作为弹性体导 人体上的电子皮肤设备采集到的数据流传输到远 体，聚(3-己基噻盼-2,5-二基(P3HT-NF)与PDMS 程读取器的中央采集控制系统中可组装成人体生 渗透复合作为弹性体半导体以及离子凝胶电介质 (a) (b) 0.5cm Boundary 0.5cn Undeformed state ompress Stretched 图4多功能表皮电子系统.(a)未变形：(b)压缩：(c)拉伸 Fig.4 Multifunctional epidermal electronic system:(a)undeformed;(b)compressed:(c)stretchedle61研究了一个可伸缩的有机光伏（OPV）电池. 作者 通过在预拉伸的 PDMS 弹性基底上沉积了一个由 PEDOT:PSS 制成的透明电极，其上是聚（3-己基噻 吩）:（6,6）-苯基-C61-丁酸甲酯（P3HT:PCBM）的活 性层以及一个共晶镓铟（EGaIn）的液态金属顶部 接触层来制备. 这种有机太阳能电池可以被拉伸 到 27% 且具有可逆性，其光伏特性几乎不变. 该研 究小组还对有机太阳能电池的光伏特性影响因素 进行了研究[64] . 通过对两种不同共轭聚合物及其 与 PCBM 的共混物对拉伸性能达到 20% 的有机太 阳能电池的光伏特性进行比较，其中可拉伸基底、 透明电极、顶部电极分别为 PDMS、 PEDOT:PSS 以及共晶镓铟. 基于屈曲的弹性模量测量结果表 明，共轭聚合物的特性会显著影响太阳能电池的 应变响应，PCBM 在本体异质结膜中的混合使得 P3HT 比使用 DPPT-TT（重复单元包含二酮吡咯并 吡咯，噻吩，噻吩并噻吩和噻吩的亲水聚合物）变 得更硬. 2.4    温度敏感性 Jeon 等[18] 研究了一种基于镍微粒子填充二元 聚合物复合材料的无线温度传感器，与单一聚合 物复合材料制备的温度传感器相比，该传感器具 有更好的重现性. 该无线温度传感器由镍微粒子 填充二元聚合物复合材料与聚乙烯（PE）和聚环氧 乙烷（PEO）为基体设计而成，这些材料显示出比其 他类型的柔性温度传感器更好的灵敏度，灵敏度 搞到 0.3 V·℃‒1 . 实验结果表明该无线温度传感器 在 35～42 ℃ 时具有很强的正温度系数效应，适用 于人体温度的检测. Han 等[65] 研究了一种能够精确、连续测量生 理健康状况的薄而柔软的电子皮肤传感器，可以 对人体各部位的温度及压力进行监测. 该传感器 采用了无电池设备设计，具有无限供电功能，通过 近场通信（NFC）功率传输和数据传输，将安装在 人体上的电子皮肤设备采集到的数据流传输到远 程读取器的中央采集/控制系统中可组装成人体生 理过程的温度/压力空间分布图. 作者已经在临床 睡眠实验室和可调式医院病床上进行了人体研 究，目前具备了包括监测昼夜循环和减轻压力诱 发的皮肤溃疡的风险. 该电子皮肤传感器设备由 一个具备 NFC 通信功能的集成电路芯片、用于无 限能量手机和温度感激模拟的数字转换系统、压 力传感器等部件构成 ，外部由聚二甲基硅氧烷 PDMS 进行封装，与人体接触部分涂抹生物相容性 皮肤胶以保障设备的生物相容性. 整个设备薄而 柔软，最大限度地缩短温度段传感器与皮肤之间 的热平衡时间，可以贴于人体的各个部位，从而实 现对整个身体的温度与压力传感. 3    多功能集成电子皮肤研究进展 由于新材料和新技术的不断涌现，目前已经 出现了越来越多具有不同功能的传感器并可以应 用在电子皮肤当中，但是把各种不同功能的传感 器集成到同一电子皮肤设备上，即是电子皮肤同 时具有多种功能目前仍然是电子皮肤领域的一个 热点与难点. Kim 等[66] 研究了一种电子系统，可以像纹身 一样安置在人体皮肤上，这套系统包括电生理，温 度和应变传感器的系统，以及晶体管，发光二极 管，光电探测器，射频电感器，电容器，振荡器和整 流二极管等部件，太阳能电池和无线线圈被集成 到自供电系统中. 该设备的薄厚度与柔软性，可以 实现与人体皮肤表面的保角接触，即使在皮肤变 形时，该设备也能随之改变且无分层或滑动. 实验 结果显示该系统可以可逆地拉伸到 30% 而不受损 伤或分层，足以适应人类的自然运动. Kim 等[19] 研究了一种可以感知压力、应力和 温度的多功能型的传感器，并可应用于电子皮肤. 该传感器由具有共形涂敷的银纳米线的金纳米颗 粒 （AuNP-AgNW）沉积在 PDMS 中作为弹性体导 体，聚（ 3-己基噻吩-2,5-二基（P3HT-NF）与 PDMS 渗透复合作为弹性体半导体以及离子凝胶电介质 0.5 cm 0.5 cm Undeformed state Compressed Stretched Boundary (a) (b) (c) 图 4 多功能表皮电子系统. （a）未变形；（b）压缩；（c）拉伸[66] Fig.4 Multifunctional epidermal electronic system: (a) undeformed; (b) compressed; (c) stretched[66] 万甦伟等： 电子皮肤新型材料与性能研究进展 · 711 ·