用于皮肤电子产品的顺应性和导电性碳纳米材料

一种柔软而灵活的电子“电子皮肤”非常灵敏，可以检测吸入和呼出气体之间的微小温差，可以构成新型皮肤生物传感器的基础。这种超薄材料对触摸和身体运动也很敏感，表明它具有广泛的潜在应用。

“皮肤在我们与世界的互动中起着至关重要的作用，”领导这项工作的KAUST的VincentTung说。“在电子皮肤中重现其特性可能对可穿戴电子产品以及感官假肢、软机器人和人机界面产生深远影响，”他说。

然而，尽管进行了大量的研究工作，但创造合适的材料一直非常具有挑战性，这些材料必须坚固且高度敏感，但在应用于皮肤时却不易察觉。

正如Tung和他的合作者所展示的那样，一种称为氢取代石墨二炔(HsGDY)的碳纳米材料可能是这项任务的理想选择。Tung指出，这种二维碳原子片在强度和导电性方面与石墨烯有相似之处，但也有关键差异。石墨烯紧密的蜂窝状碳结构赋予了材料刚性。相比之下，HsGDY的刚性区域的“岛桥”原子结构由薄聚合物桥连接，理论上应该提供固有的柔软性和灵活性，非常适合皮肤应用。

“将HsGDY应用于电子皮肤长期以来一直被理论家吹捧，但尚未通过实验证明，”Tung说。该团队首先开发了一种新的合成策略来形成大而均匀的HsGDY片材。“关键是我们使用原子结构的单晶铜催化剂来耦合材料的分子结构单元，”董解释说。

该团队能够证明该理论所预测的结果：所得材料具有高度可扭曲性、可拉伸性和机械耐用性。“我们的电子皮肤厚度约为18纳米，是人体皮肤厚度的一小部分，能够以最大的灵活性和舒适度实现保形接触和长期粘附在身体上，”Tung说。

Tung补充说，该材料的岛桥原子结构不仅有助于HsGDY的柔软性和柔韧性，而且也是其电子特性的关键。这些桥形成超薄的传导通道，很容易变形，当材料被轻轻触摸甚至温度变化拉伸时，会导致电信号发生显着变化。

“出色的灵敏度和贴合性使吸入和呼出温差引起的微小变形可视化成为可能，显示出实际临床应用的巨大潜力，”董说。