近日，中國科學院上海高等研究院曾祥瓊研究員所帶領的團隊，在基於(yu) 碳材料的3D打印柔性觸覺傳(chuan) 感器件的研究中取得重要進展，研究成果發表在國際TOP期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。論文的第一作者為(wei) 上海高等研究院的王海航博士。

電子皮膚是通過電學信號的集成與(yu) 反饋來模擬人體(ti) 皮膚感受外界刺激（壓力、溫度、濕度）的新型電子器件。在過去幾十年中，電子皮膚因在智能機器人、健康監測、可穿戴設備和人機交互方麵具有廣闊的應用前景而備受全球矚目。在電子皮膚的各種感知功能中，觸覺感知功能尤為(wei) 重要。

在此背景下，研究團隊通過模擬人體(ti) 皮膚的結構和傳(chuan) 感機製，創造性地將聚二甲基矽氧烷（PDMS）微球與(yu) 石墨烯相結合，設計了一種具有指紋微結構的新型多功能電子皮膚；提出了一種石墨烯-PDMS微球油墨3D打印製備柔性傳(chuan) 感器的方法。

研究人員利用乳化的方法製備了PDMS微球，並且通過利用未交聯的PDMS-石墨烯混合溶液對PDMS微球形成包覆；製備的石墨烯-PDMS微球油墨可以通過噴頭擠出形成三維立體(ti) 結構，並通過熱固化成型。

▲觸覺傳(chuan) 感器設計原理及3D打印流程 a) PDMS-石墨烯複合油墨的製備流程示意圖；b)傳(chuan) 感器靈敏層3D打印示意圖； c)通過處理觸覺信號區分不同粗糙度表麵的示意圖

傳(chuan) 感性能研究發現，用該方法所構建的電子皮膚傳(chuan) 感器不僅(jin) 對壓力具有靈敏響應，而且能有效反饋摩擦力的大小；利用傳(chuan) 感器這一特性可以區分出具有不同微米級粗糙度的表麵，從(cong) 而實現對物體(ti) 表麵的微觀形貌、硬度等信息的有效區分和識別。

▲a) 激光加工表麵S1、S2、S3和S4的3D形貌；b) 激光加工表麵S1、S2、S3和S4的平均粗糙度(Sa)； c) 人體(ti) 手指對不同粗糙度表麵的觸覺反應實驗示意圖； d)手指與(yu) 不同表麵作用下的平均摩擦係數； e) 實驗裝置示意圖； f) 在1 N的壓力載荷作用下，在不同表麵粗糙度的激光加工表麵滑動時的摩擦力曲線； g) 摩擦力作用下傳(chuan) 感器的電阻變化。

通過風載實驗，進一步驗證了所構建的石墨烯-PDMS微球觸覺傳(chuan) 感器對氣體(ti) 等流體(ti) 也具有有效的響應。這表明所構建的石墨烯-PDMS微球觸覺傳(chuan) 感器不僅(jin) 可以用於(yu) 對不同粗糙度表麵的檢測，而且還可用於(yu) 氣流監測、聲音檢測等。這項工作為(wei) 可穿戴式傳(chuan) 感提供了新途徑，為(wei) 電子皮膚的發展提供了新思路。