近日，郑州大学材料科学与工程学院与橡塑模具国家工程研究中心团队在柔性传感材料构筑及应用领域取得新进展。相关研究成果以题为“Bioinspired multifunctional photonic-electronic smart skin for ultrasensitive health monitoring, for visual and self-powered sensing”发表在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》上。郑州大学为论文第一作者单位，材料学院2018级硕士研究生赵祎为论文第一作者，代坤教授、刘春太教授、和中科院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员为共同通讯作者。

柔性传感材料在人工智能、健康监测及机器人等领域受到了广泛关注。目前开发的柔性传感材料一般具有单一触觉传感特性。本工作在柔性静电纺丝聚合物基体膜中加入发光材料，制备了柔性发光膜，后在其表面基于碳纳米管和MXene构筑协同导电层，通过引入仿生的微裂纹结构，大幅地提高了柔性传感材料的应变传感性能；同时将应变传感与光学特性相结合，构建了传感性能-光学性能-应变间关系，实现了材料在可视化传感领域的潜在应用。此外，该材料具有良好的供电能力，在自供能触觉传感方面也有广泛的应用前景。

本研究开发了一种超敏感自供电的ML智能皮肤(SPMSS)，演示了健康监测、视觉和自供电传感。通过在静电纺热塑性聚氨酯(TPU)荧光毡(TFM)上喷涂1D碳纳米管(CNT)/2D MXene导电油墨，设计出生物激发的应变相关微裂纹结构。SPMSS具有优异的拉伸传感性能，如超低检测限(0.001%)、超高灵敏度(GF = 3.92 × 107)、超快响应时间(5 ms)、优异的耐久性和稳定性(>45000次)。这些出色的能力使SPMSS能够准确地监测人体不同部位的脉冲，并直观地检测手势。SPMSS表现出优越的腾属性包括超高摩擦电输出(开路电压VOC = 540 V,短路电流ISC = 42µ,短路QSC = 317数控)和功率密度(7.42 W m−2),赋予智能皮肤与可靠的电源供应的能力和自供电的传感。多功能智能皮肤为可穿戴柔性电子产品和人工智能提供了独特的机遇。

本工作制备的柔性仿生传感材料为开发新一代交互式多功能柔性电子及实现其在可穿戴领域的多功能应用提供了新思路。 该工作得到了国家自然科学基金项目、国家自然科学基金-河南联合基金、河南省优秀青年科学基金等项目的资助。