Wender Feng

子刊投稿感悟

Thu, 30 Oct 2025 00:00:00 GMT

这是我自2019年正式开始科研之后，七年科研经验的凝练，有关于科研项目的选题以及科研论文的撰写精髓，都是个人浅薄的感悟。

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Sun, 16 Jun 2024 00:00:00 GMT

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2024-02 柔性传感器领域的进展

Fri, 16 Feb 2024 00:00:00 GMT

1.Chen, C. et al. Biomimetic Multimodal Receptors for Comprehensive Artificial Human Somatosensory System. Advanced Materials 2313228 (2024) doi:10.1002/adma.202313228.

皮肤是外部环境与人体之间至关重要的感觉界面和保护屏障。[ 1 ]电子皮肤（e-skin）是为了模仿自然皮肤的机械特性和复杂感觉而开发的，对于下一代可穿戴电子产品具有巨大的潜力。目前的电子皮肤可以对变形引起的压力、弯曲和应变刺激做出反应。[ 2 ]通过结构设计和多重传感集成，这些基本感知信号甚至可以转化为其他刺激信息，包括顺应性（或杨氏模量）、[ 3 ]复杂应力（扭转、剪切、挤压等）、[ 2]，4 ]和表面纹理。[ 5 ]不幸的是，传统的电子皮肤无法与这些平面外信号进行交互，这些信号涉及平面外的气流或力。[ 6 ]随着机器人技术、监控技术和虚拟/增强现实的快速发展，它们需要满足更高的要求来补充当前的传感策略。

电子胡须（e-whisker）作为一种典型的3D结构传感器，表现出与2D结构电子皮肤不同的特征传感模式，2D结构电子皮肤模仿啮齿动物的胡须来检测平面外刺激，例如气流和碰撞。[ 6 , 7 ]虽然将电子皮肤和电子晶须单元合并到设备中提供了一种获得综合刺激信号的潜在解决方案，但这种一体化设备使电路设计变得复杂并占用更多空间。因此，将电子皮肤和电子晶须的感知能力集成到单个传感单元中仍然是一个挑战。在自然界中，蜂鸟可以通过使用竖羽肌和弹性膜来控制羽毛的运动，从平放到升起，[ 8 ]这为实现电子皮肤的按需转换提供了有效的策略。和电子晶须模式。为了准确模仿人体皮肤的体感系统，传感器需要实现温度识别。此外，将温度和机械刺激解耦至关重要，[ 2 , 9 ]热电材料是这些报告中的合适选择。

在这里，受到蜂鸟羽毛形态转换的启发，我们设计了一种可拉伸的仿生多模式受体（SBMR），它具有基于多壁碳纳米管（MWCNT）热电材料可逆地将其结构从2D转变为3D的能力。利用剪纸技术，可以通过弯曲（或拉伸）和恢复受体来改变这种仿生结构和功能。该传感器可以进入 2D 模式，像电子皮肤一样感应压力。为了感测平面外信号，SBMR 切换到 3D 模式，展示气流感测和平面外力的超低检测限（低至 25 µN）。在模式切换过程中，可以检测到弯曲信号。配备亲水性热电传感层，我们能够在3D模式下以高线性度准确获取大范围的湿度和温度信息。多模态传感使 SBMR 能够通过评估与设备温度、房间湿度和出风口气流相关的信号来更好地监控空调等机械设备的运行。最后，SBMR 作为一种低成本、可靠的多功能传感器，应用于机器人手指的关节，通过多模态传感来区分各种物体和触摸。这项工作将为柔性电子产品开启当前电子皮肤的发展之路，具有更全面的性能。

1.Zhou, H. et al. Tough Hydro‐Aerogels with Cation Specificity Enabled Ultra‐High Stability for Multifunctional Sensing and Quasi‐Solid‐State Electrolyte Applications. Advanced Materials 2313088 (2024) doi:10.1002/adma.202313088.

水凝胶具有高含水量的特点，是一种多功能交联聚合物材料，在植入式电子产品、储能设备、软机器人、涂层、组织工程和药物输送等领域有着广泛的应用。[ 1 - 4 ]然而，它们随时间膨胀和收缩的固有倾向是其长期稳定性的重大障碍。[ 5 ]此外，通过用空气代替湿凝胶的液体成分，形成了低密度和高表面积的气凝胶，从而形成主要由空气组成的固体材料。[ 6 ]气凝胶的独特性能促进了其在许多应用中的使用，包括隔热和隔音、催化、能量存储和环境修复。[ 7-9 ]例如，作为有前景的能源系统材料，石墨烯基碳气凝胶表现出优异的化学和物理稳定性，[ 10 ]并在支撑稳定电极材料方面表现出出色的能力。[ 11 ]然而，它们的脆弱性和多孔性使它们的生产具有挑战性且成本高昂，而它们的高孔隙率使它们脆弱且难以在某些环境下操作，[ 12 ]因此突出表明明显需要研究能够弥合两者之间差距的物质。这两类，即赋予水凝胶最佳的含水量、柔韧性和弹性，以及赋予气凝胶强大的网络结构。

霍夫迈斯特效应主要通过盐溶液中溶质的物理和化学性质的变化来证明，由于其能够生产坚固、有弹性和抗疲劳的水凝胶材料，因此在水凝胶领域受到了极大的关注。[ 13 ]因此，具有离子特异性效应的聚合物已被制造出来，从而产生具有广泛可调性和优异机械性能的水凝胶。[ 14 ]已经进行了研究以在分子水平上仔细检查离子-聚合物链-水相互作用。还针对不同离子的影响探索了聚合物的溶解度和溶胀。然而，仍然存在一个未解决的问题：[ 15 ]为什么对阴离子而不是阳离子有一致的离子特异性效应？尽管对于不同阴离子的盐溶和盐析现象的离子特异性效应存在一些共识，但大多数研究人员将阳离子归类为盐溶现象，这意味着阳离子可以降低聚合物链的缠结和结晶度。然而，这一现象尚未得到令人信服的澄清。阳离子如何表现出盐析现象并达到与阴离子相似的离子特异性效果？

水化是指水分子与其他物质之间形成氢键，从而在这些物质的分子或离子周围形成一层水分子。[ 16 ]该水化层可以引起物质的化学和物理性质（例如溶解度和反应性）的变化。研究人员提出，阴离子对水凝胶的有益作用源于亲水聚合物周围水化层的破坏。[ 17 ]水分子倾向于与高度亲水性阴离子水合，导致亲水性聚合物分子间关系的调整或重组。[ 18 ]然而，由于电荷性质、水合位点数量和水合结构稳定性的差异，阳离子的水合能力比大多数阴离子弱得多。[ 19 ]阳离子的水合能力甚至低于亲水性聚合物，因此不可能建立普遍适用的阳离子特异性。[ 20 ]因此，如果阳离子能够克服高水合阴离子的抑制作用并破坏亲水聚合物表面的水化层，则它们有可能表现出其真正拥有的阳离子的增强作用和离子特异性。

在这里，我们介绍了一种新型中间材料，称为水气凝胶，其性能介于水凝胶和气凝胶之间。采用多步骤策略制备水气凝胶，包括硼砂预处理、盐水浸泡、冷冻干燥和空气再水化。首先，通过硼砂键合预凝胶化抑制亲水聚合物的水化，并采用弱水合阴离子（例如Cl -）作为对应物，制备具有阳离子特异性的聚乙烯醇（PVA）水气凝胶。至关重要的是，阳离子之间的静电斥力取代了水合作用，成为影响 PVA 水气凝胶性能的关键因素。合理选择阳离子（例如Ca 2+）和引入相对刚性的二维材料（例如氧化石墨烯（GO）纳米片）可以实现盐析现象并产生交错均匀的硼砂/PVA层状网络/GO/Ca 2+水气凝胶（B-PGCa）在冷冻干燥和空气中复水后具有优异的弹性和耐久性。B-PGCa 的增强层状结构即使在 50% 应变下 30 天后也表现出高压缩应变和长期稳定性。此外，相应的压力传感器还具有15.68 kPa -1的高灵敏度、5 ms的超快响应时间以及90天的测试过程中优异的稳定性。此外，B-PGCa在湿度响应和海洋环境监测方面表现出优异的性能。更令人印象深刻的是，具有盐析现象的PVA水气凝胶可以作为超级电容器中有效的固态电解质，表现出39.2 F g -1的高电容，即使在10 000次循环后仍能保持99.59%的电容。

[1]X. Shi et al., “A Sweat Absorbing Skin Electrode for Electrophysiology During Exercise,” Advanced Functional Materials, vol. n/a, no. n/a, p. 2314775, doi: 10.1002/adfm.202314775.

适当的运动有利于我们身体的免疫系统，有助于预防各种疾病。[ 1 ]不当运动会导致软组织损伤、[ 2 ]脱水、[ 3 ]或抽筋。[ 4 ]电生理学是评估人体健康状况的重要指标[ 5 ]，并据此指导运动和运动康复训练。[ 6 ] Ag/AgCl凝胶电极常用于临床和家庭医疗设备，其中Ag/AgCl收集微弱的生物电信号，凝胶确保电极和皮肤界面之间的紧密接触。然而，在真实的运动场景中，皮肤会随着汗液的分泌而振动、拉伸或划伤，导致接触界面受到严重干扰，而Ag/AgCl凝胶电极无法解决这一问题。[ 7 ]为此，迫切需要一种能够连续稳定地获取准确的电生理信号，并且适合运动和出汗的新型皮肤电极。

基本上有两种设计策略来减少这种运动和出汗干扰，以监测运动期间的电生理信号。一种是通过超薄金属或碳电极与皮肤形成保形且难以察觉的接触。[ 8 ]例如，Igor R. Efimov 等人。[ 9 ]制备了一种超薄石墨烯纹身电极，即使在心脏跳动时也能保形地粘附在皮肤/组织上并准确测量生物电信号。然而，如此薄的电极在运动期间佩戴医疗保健电子设备时容易受到严重刮擦或较大的机械应变。另一种策略是使用纳米网格基材，然后蒸发或涂覆导电层。[ 10 ]严等人。[ 11 ]设计了一种由具有梯度孔径的多层聚（离子液体）纳米纤维制成的吸湿排汗膜，该膜可以通过疏水性和亲水性官能团的交替分布来排斥和吸收汗水。最终的皮肤电极是通过将碳纳米管薄膜涂覆在这种吸湿膜上而制成的。由于碳纳米管薄膜的表面粗糙且坚固，电极与皮肤之间的接触不会是保形的，导致从大的基线噪声来看电生理信号的获取性能不理想。此外，超薄导电膜和纳米网膜都不太可能重复使用。因此，在皮肤电极结构中，将坚固且导电的物质嵌入柔软且粘性的基质中可能是运动期间稳定电生理信号采集的解决方案。[ 12 ]然而，在引入聚合物或水凝胶作为机械粘合层和适应层与皮肤界面时，[ 13 ]它们通常充当汗液和电荷传输的屏障层。[ 14 ]考虑到所有这些因素，将坚固的 3D 导电框架纳入吸汗水凝胶或聚合物基质中，形成适应性皮肤接触以及导电通路，对于测量运动期间的电生理学是极其必要的。

在这项研究中，我们开发了一种吸汗皮肤电极（SAE），在运动过程中出汗后，它会变得更柔软、更具粘合性和导电性。它由Ti 3 C 2 TX气凝胶和两性离子聚合物组装而成的双导电网络组成，其中Ti 3 C 2 TX气凝胶和两性离子聚合物都提供电子和离子导电网络。在所有状态下，SAE 记录的电生理信号质量均优于商用 Ag/AgCl 凝胶电极。特别是，由于两性离子聚合物可以吸收汗液并变得更柔软、更具粘合性和导电性，因此出汗后SAE的电生理信号记录能力可以增强，从而产生高信噪比（SNR> 40 dB）。我们进一步应用 SAE 通过分析 EMG 信号的平均功率频率（MPF）来评估肌肉疲劳，从而指导运动训练。结合机器学习，我们还建立了肌电图和生理标志物之间的相关性。我们的研究结果表明，吸汗和电子/离子双传导SAE是监测运动期间电生理学的合适选择，为运动和康复训练提供科学指导。

[1]L. Wu et al., “Beetle-Inspired Gradient Slant Structures for Capacitive Pressure Sensor with a Broad Linear Response Range,” Advanced Functional Materials, vol. n/a, no. n/a, p. 2312370, doi: 10.1002/adfm.202312370.

随着物联网和人工智能的蓬勃发展，柔性压力传感器因其在电子皮肤、人机界面、环境监测等方面的应用前景而受到前所未有的关注。[ 1 - 5 ]根据工作机理，柔性压力传感器可分为压电式、压阻式、压电容式和摩擦电式四种常见类型。[ 6 - 8 ]其中，将压力刺激转换为电容信号的电容式传感器因其结构简单、功耗低、对温度不敏感、响应速度快而受到越来越多的关注。[ 9 - 11 ]一般来说，不同的应用场景中存在不同程度的外部压力刺激。例如，呼吸和轻柔触摸过程中分别产生微压（<1 kPa）和中压（>1 kPa）[ 12 ]；足底压力通常会产生较高的压力（>10 kPa）。[ 13 ]同时，为了简化数据处理和实现精细监测，需要线性响应。[ 14 ]此外，传感器间的高再现性和低滞后对于任何实际应用都具有重要意义。[ 15 ]为此，柔性电容式压力传感器需要具有较宽的线性响应范围和较高的传感器间再现性，以适应不同的应用场景。[ 16 - 18 ]

微结构介电层或电极层是提高电容式压力传感器传感性能的有效策略。[ 19 ]这是因为这些微结构不仅可以降低有效杨氏模量从而提高可压缩性，而且还可以通过引入空气来降低粘弹性。[ 20 ]鲍等。文献[ 21 ]首次在介电层中引入微金字塔阵列，并在2 kPa的压力范围内实现了0.55 kPa -1的高灵敏度，比具有非结构化介电层的电容式传感器高了30倍。从那时起，各种表面和内部微观结构，包括针、柱、锥、皱纹和多孔结构被设计和开发为介电层。[ 22-26 ]然而，这些基于微结构介电层的压力传感器呈现出有限的线性传感范围，因为结构硬化会导致信号饱和。最近，梯度微结构已成为一种有前途的介电层，可进一步提高灵敏度和线性传感范围。[ 27 , 28 ]例如，Bai 等人。[ 29 ]引入了介电层中砂纸复制的分级内填充微结构，这种策略可以显着提高灵敏度和传感范围。然而，由于随机结构的批次间一致性较差，它们可能具有较低的传感器间均匀性。李等人。[ 30 ]报道了一种基于分级斜尖锥阵列的宽量程压力传感器，但其线性度并不令人满意。因此，实现具有宽线性范围和高传感器间一致性的电容式压力传感器仍然是一个巨大的挑战。

在本文中，模仿甲虫脚的结构（图 1a），[ 31 ]提出了一种基于甲虫启发的梯度倾斜结构（GSS）的新型介电层，以赋予电容式压力传感器广泛的线性范围。鉴于GSS介电层经历弯曲变形而不是压缩变形，所构建的压力传感器表现出优异的可压缩性，显着提高了传感器灵敏度。此外，不同高度的倾斜柱可以随着压力的增加依次接触电极，可以有效解决由于结构硬化而导致的信号饱和问题，从而增加线性传感范围。所制造的 GSS 介电层具有出色的批次间一致性，赋予传感器间的高均匀性。对 GSS 的变形行为进行有限元分析 (FEA) 模拟，以进一步确认其工作机制。此外，所提出的基于 GSS 的电容式压力传感器被证明具有快速响应/恢复、低检测限、出色的动态响应、可忽略的滞后和出色的长期稳定性。最终，压力传感器成功应用于外部压力刺激检测、柔性感知阵列、智能鞋垫系统等多种场景。

[1]T. Zhang et al., “Improving the Resolution of Flexible Large-Area Tactile Sensors through Machine-Learning Perception,” ACS Appl. Mater. Interfaces, Feb. 2024, doi: 10.1021/acsami.3c17880.

工业机器人是智能制造的主要装备，阵列式触觉传感器被认为是其主动感知和理解生产环境的核心器件。现有阵列式触觉传感器面临的一大挑战是传感单元在有限面积内的布线、少量传感单元与高分辨率之间的矛盾，以及由于传感单元性能的差异而导致整体输出模式的偏差。每个传感单元本身。受人类体感处理层次结构的启发，我们将触觉传感器与人工智能算法相结合，简化传感器架构，同时实现远大于信号通道数量的触觉分辨率能力。所制备的8电极碳基导电网络在二次判别分析算法的辅助下实现了32个区域的高精度识别，分类准确率高达97%。值得注意的是，传感器在 60 kPa 压力下循环 13,000 次后输出保持不变，表明其具有出色的耐用性能。此外，大面积的类皮连续导电网络制造简单、成本效益高，并且可以根据应用轻松放大/缩小。这项工作可以满足工业机器人对简单制造、快速集成和适应性几何触觉传感器日益增长的需求。

[1]Y. Liu, J. Tao, Y. Mo, R. Bao, and C. Pan, “Ultrasensitive Touch Sensor for Simultaneous Tactile and Slip Sensing,” Advanced Materials, vol. n/a, no. n/a, p. 2313857, doi: 10.1002/adma.202313857.

在这项研究中，我们开发了一种超灵敏压阻式触摸传感器，采用一步相转化成膜策略和牺牲模板 (PI-ST) 方法。此外，我们使用小波变换对输出信号进行频谱分析，以使传感器应用能够进行压力和滑动检测。该触摸传感器由于其极低的压缩模量（23.8 Pa）和活性层良好的压缩性，在低于 1179 Pa 的压力下实现了 1167 kPa -1的超高灵敏度，在 1179–10 240 Pa 的压力下实现了 25 kPa -1的灵敏度具有互连的多孔结构。传感器最小可检测压力约1.34 Pa，在500 Pa负载下可稳定工作2000次以上的加卸载循环。此外，还可以检测极低的静压、动压、微弱的生理信号。，并演示了微弱振动，以验证触摸传感器在实际应用中的稳健性能。使用小波变换对输出信号进行处理，以获得滑移信号的频域特征，从而可以检测滑移并识别各种材料。使用机器学习算法提高了触觉和滑动信号的识别精度。在本文中，我们表明，与当前类别的触摸传感器相比，我们提出的触摸传感器实现了最佳的传感灵敏度、检测范围和检测限。目前，只有基于气溶胶的传感器具有类似的灵敏度，尽管检测范围要窄得多。[ 14 ]因此，我们的传感器可以稳健地检测复杂的接触状态，包括压力和滑动。超灵敏触觉传感器的制造策略以及传感器与数据表征工具的结合可以为构建具有高潜力的智能机械臂开发的单独触觉/滑动传感器提供新途径。

[1]H. Yang et al., “Fabrication and Photothermal Actuation Performances of Electrospun Carbon Nanotube/Liquid Crystal Elastomer Blend Yarn Actuators,” ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 16, no. 7, pp. 9313–9322, Feb. 2024, doi: 10.1021/acsami.3c18164.

在此，我们利用静电纺丝技术和两步交联策略开发了一种新型碳纳米管/液晶弹性体复合纤维纱线（图1）来解决上述问题。在该策略中，碳纳米管不仅可以用于光热转换，还可以提高LCE纤维的机械性能。碳纳米管在可见光和红外光谱波段具有宽的光吸收、高的光热转换效率和良好的导热性，可以将获得的热能快速传递到复合LCE纱线上，从而实现有效的光热驱动。静电纺丝作为一种简单有效的纳米纤维生产新加工技术，由于其制造设备简单、纺丝成本低、可纺材料范围广等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要方法之一。和过程控制。如果可以在不降低纤维收缩率的情况下提高复合纤维的响应速度，我们预计以这种方式生产的复合纱线将有潜力用作执行器，例如在仿生和响应纺织品中。研究了不同混纺纱线的形态和结构变化。同时对该混纺纤维的纱线力学性能、光热转换性能和光驱动性能进行了研究和分析。由于具有各向异性、可逆和可编程的形状变形特性，CNT/LCE 复合纱线被认为特别有希望用于具有各种机器人运动（例如抓取、行走和爬行）的刺激驱动执行器。

[1]L. Chen et al., “Wearable Sensors for Breath Monitoring Based on Water‐Based Hexagonal Boron Nitride Inks Made with Supramolecular Functionalization,” Advanced Materials, p. 2312621, Feb. 2024, doi: 10.1002/adma.202312621.

可穿戴湿度传感器引起了人们的广泛关注，因为它们可以通过活动跟踪和空气质量评估来实时、连续地监测重要的生理信息。在二维 (2D) 材料中，氧化石墨烯 (GO) 由于其可调节的表面化学性质、高表面积、水中的可加工性以及易于集成到柔性基板上，对于湿度传感非常有吸引力。然而，强滞后、低灵敏度和交叉敏感性问题限制了 GO 在实际应用中的使用，在实际应用中，优选连续监测。本文展示了一种由芘功能化六方氮化硼（h-BN）纳米片制成的可穿戴无线阻抗湿度传感器。该器件对相对湿度 (RH) 表现出增强的灵敏度（在 5% 至 100% RH 范围内 >10 10 Ohms/%RH）、快速响应 (0.1 ms)、无明显滞后，且与温度不存在交叉敏感性。 25-60°C 范围。基于h-BN的传感器能够监测呼气和吸气的整个呼吸周期过程，从而能够实时记录与不同日常活动以及流感各种症状相关的呼吸信号的最细微变化，而无需与个人的任何直接联系。

[1]Q. Xu et al., “Highly Flexible, High‐Performance, and Stretchable Piezoelectric Sensor Based on a Hierarchical Droplet‐Shaped Ceramics with Enhanced Damage Tolerance,” Advanced Materials, p. 2311624, Feb. 2024, doi: 10.1002/adma.202311624.

可拉伸自供电传感器在下一代可穿戴电子产品中引起了人们的极大兴趣。然而，目前基于压电聚合物或0-3压电复合材料创建可拉伸压电传感器的策略面临着一些挑战，例如压电活性低、灵敏度低和耐用性差。在本文中，采用仿生软刚混合策略来构造一种新型的高柔性、高性能和可拉伸的压电传感器。受铰接双壳类动物Cristaria plicata的启发，制造了分层水滴状陶瓷并将其用作刚性部件，计算模型表明这种仿生结构独特的拱形曲面和圆角可以缓解应力集中。为了确保拉伸过程中压电相的电连接性，图案化的液态金属充当软电路，具有优化润湿性和拉伸性的有机硅聚合物充当软组件，与分层陶瓷形成强大的机械联锁。新颖的传感器设计表现出出色的灵敏度和耐用性，在 60% 应变下进行 5000 次拉伸循环和 180° 进行 5000 次扭转循环后，开路电压保持稳定。为了展示其在医疗保健应用中的潜力，这种新型可拉伸传感器成功用于无线手势识别和评估膝骨关节炎的进展。

[1]Y. Lu et al., “Robust Fiber‐Shaped Flexible Temperature Sensors for Safety Monitoring with Ultrahigh Sensitivity,” Advanced Materials, p. 2310613, Feb. 2024, doi: 10.1002/adma.202310613.

柔性温度传感器能够检测和传输来自人体、环境和电子设备的温度数据，在电子皮肤、人机交互和灾害预防系统中具有巨大的应用潜力。尽管如此，制造具有卓越传感性能的柔性温度传感器仍然是一项艰巨的任务，这主要是由于构建具有高灵敏度的本质柔性传感元件的复杂过程。在这项研究中，介绍了一种简便的原位两步合成方法来制造柔性纤维状NiO/碳纳米管纤维（CNTF）复合材料。由此产生的 NiO/CNTF 柔性温度传感器表现出出色的变形能力和温度传感特性，涵盖较宽的工作范围（−15 至 60 °C）和高灵敏度（最大 TCR 为 -20.2% °C -1，B 值为 3332 K）。重要的是，使用有限元分析模拟彻底检查了传感器在各种应用条件下的机械和热行为。此外，温度传感器可以有效捕获可穿戴应用中的各种热信号。值得注意的是，开发了温度监测和预警系统，以防止电子设备异常热失控引起的火灾事故。

[1] H. Liu, “Harnessing the wide-range strain sensitivity of bilayered PEDOT:PSS films for wearable health monitoring”.

一些爬行动物（例如蛇）的皮肤覆盖有叠瓦状鳞片，这些鳞片可以相互远离以适应皮肤的张力，从而有助于提高拉伸性（图 1 A）。4849受这种独特结构的启发，我们在此提出了一种用于应变传感的双层 PEDOT:PSS 薄膜。在此结构中，微米尺寸的 PEDOT:PSS 岛渗透连接，赋予双层薄膜高拉伸性。这些微岛的密度影响薄膜的拉伸性，可以通过预拉伸和多步旋涂工艺的结合来调节薄膜的拉伸性。重叠的 PEDOT:PSS 微岛的相对位移可以由小应变引起，而所提出的应变传感器还可以处理具有结构和功能鲁棒性的大应变。这种机制使基于 PEDOT:PSS 的应变传感器能够在各种应变下可靠地工作。同时对传感器的灵敏度和稳定性进行了评价。在设备下方引入水凝胶层作为传感元件和人体皮肤之间的界面层，以提高该应变传感器的生物和机械兼容性。进行拉伸和搭接剪切测试，以研究弹性体/水凝胶界面的坚固性和可靠性。最后，将该传感器部署在人体上，评估其感知各种皮肤变形的能力。

[1]C. Lu et al., “A cross-scale honeycomb architecture-based flexible piezoresistive sensor for multiscale pressure perception and fine-grained identification,” Mater. Horiz., vol. 11, no. 2, pp. 510–518, 2024, doi: 10.1039/D3MH01387A.

在这里，我们提出了一种由微观尖端和宏观基底组成的跨尺度架构，它在较宽的压力范围（10 -4 –10 4 kPa）内提供连续变形能力。跨尺度结构的优点是比SM和PS结合的复合结构的制备过程更简单，并且与微纳表面结构或内部孔隙相比，其单元尺寸从微观尺度到宏观尺度有利于大规模制备。基于跨尺度蜂窝结构（CHA）的压阻传感器在较宽的压力范围（0.5 Pa–0.56 kPa: S 1 ∼ 27.97 kPa -1 ; 0.56–20.40 kPa: S 2 ∼ 2.30 kPa -1 ）表现出优异的灵敏度。 ; 20.40–460 kPa: S 3 ∼ 0.13 kPa -1 )。因此，基于CHA的传感器表现出从0.5 Pa到40 MPa的多尺度压力感知和细粒度识别能力，包括在健康监测、语音识别、运动监测、汽车压力传感等方面的应用。由于在中高压范围内的宽线性响应范围内具有出色的细粒度识别能力，我们设计了智能鞋垫，使用基于CHA的传感器阵列来监测足部的运动状态，可以提供实时的远程健康信息老龄化社会独居老人监测。

1.Yang, H. et al. Computational design of ultra-robust strain sensors for soft robot perception and autonomy. Nat Commun 15, 1636 (2024).

在这项工作中，基于确定性裂纹扩展机制，开发了一种计算应变传感器设计，以解决传感器建模和传感器稳定性挑战，以实现自主软机器人导航。首先，传感器建模是通过精确的传感器制造以及规定的结构演变来实现的。基本上，通过激光辅助制造，用户定义的叉指裂纹阵列在压阻应变传感器的微皱内进行编程，展示了高度可控的裂纹扩展行为和可调谐的传感器特性。通过输入裂纹密度、微皱折特征等传感器结构参数，建立相应的有限元分析（FEA）模型，进行机械和电气双物理场演化，高精度模拟不同传感器的传感曲线。其次，确定性的裂纹扩展模式和微皱折特征实现了出色的传感器鲁棒性。特别是，所制造的传感器在噪声干扰（高达 50% 应变）、间歇循环负载（100,000 次循环）和动态工作频率（0–23 Hz）下表现出长期机械鲁棒性，满足了各种传感要求从宏观到微观的软机器人。借助机器学习算法，集成传感器的折纸机器人可以实现高精度的自主机器人导航，包括自我估计（误差<4%的机器人轨迹预测）和环境测绘能力（误差<10%的地形高度感知））。硬件传感器和软件系统进步的融合使软机器人能够可靠地感知和感知，做出明智的决策，并在复杂的环境中自主导航。

1.Zhang, J. et al. Mechanically Robust, Flexible, Fast Responding Temperature Sensor and High‐Resolution Array with Ionically Conductive Double Cross‐Linked Hydrogel. Adv Funct Materials 2314433 (2024) doi:10.1002/adfm.202314433.

在这项工作中，我们制造了一种基于离子交联聚丙烯酰胺-海藻酸钠（PAAm-SA）水凝胶的可穿戴离子温度传感器。具有受温度影响的离子迁移的传感水凝胶层与Au叉指电极层压，并用聚对二甲苯C和商用UV固化树脂封装。由于水凝胶的双交联结构以及后防脱水和UV共固化处理，器件的坚固性可以承受2000次循环压缩和175 N m -1粘合力，从而在有源层和封装之间实现180°防剥离层。通过离子传导机制，可穿戴设备可以检测身体各部位的温度，差异低至0.9℃。同时，该传感器具有快速响应和高分辨率的特点，可以区分呼吸过程中的微小温差，适合实时监测呼吸。此外，还制作了5×5温度阵列，可以绘制食指指尖的温度分布图并识别手腕处的浅表血管通路。在该阵列中，通过微加工工艺引入微气隙，大大减少了每个像素之间的热串扰，从而实现了0.15 mm -1的温度检测分辨率。该传感器具有高鲁棒性、检测范围广、精度高等优点，解决了耐用性和可靠性差的实际问题，为下一代生物电子学提供了潜力。

1.Ge, G. et al. Rapidly Gelling, Highly Adhesive, and Mechanically Robust Ionogels for Stretchable and Wireless Electronics. Advanced Functional Materials n/a, 2310963.

本文提出了一种聚合诱导的相分离策略来制备一种新型粘合离子凝胶（AIG），该凝胶具有快速凝胶化、超高粘合力和优异的机械韧性。N-(2-羟乙基)丙烯酰胺(NHEAA)在聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDADMAC)和甘油的共溶剂中在紫外线照射下发生快速光聚合，表现出快速凝胶化特性。所得的聚（N-（2-羟乙基）丙烯酰胺）（PNHEAA）作为结晶域，增强了刚性，而共溶剂则构成了柔软的无定形域，从而实现了相分离结构。通过采用不同的配方来操纵相分离构型，可以很容易地调节杨氏模量和韧性。令人印象深刻的粘合强度和界面韧性归因于密度泛函理论（DFT）验证的强大的分子间和分子内相互作用。此外，我们利用AIG制备了能够检测出汗和坐姿的无电池可伸缩电子设备，这表明其在实时监测生理活动的可穿戴和便携式设备中的潜力。

1.Yu, D. et al. Hofmeister Effect-Assisted Facile One-Pot Fabrication of Double Network Organohydrogels with Exceptional Multi-Functions. Advanced Functional Materials n/a, 2307566.

在这项工作中，我们通过简单的一锅法开发了一种多功能PAAm/明胶/硫酸铵有机水凝胶（PGAOH）（方案 1A）。我们的研究结果表明，在丙烯酰胺分子的帮助下，即使在高浓度的亲液盐溶液中，明胶也可以有效分散（图S1，支持信息）。这种行为可能归因于丙烯酰胺分子内丰富的氨基，其通过氢键与明胶链建立相互作用，从而防止明胶链在亲液盐溶液中聚集。值得注意的是，丙烯酰胺分子不仅有助于明胶溶解在亲液盐溶液中，而且还可以通过光聚合形成另一个网络（PAAm）来增加网络密度，从而增强凝胶的机械性能（图S2和S3，支持信息）。此外，硫酸铵均匀分散在甘油和水的混合溶剂体系中，以实现高电导率。同时，硫酸铵可以诱导明胶链之间额外的相互作用，通过霍夫迈斯特效应进一步增强凝胶的机械性能。此外，由于其无色、无毒的特性，甘油在工业上作为有效的水结冰抑制剂得到了广泛的应用。[ 12 ]因此，我们将其纳入体系中，以增强凝胶的抗冻和保水性能。值得注意的是，甘油还可以与聚合物链相互作用，进一步提高凝胶的力学性能和透明度。

1.Gao, Y. et al. Stackable and Deployable Laser-Induced Graphene Layers Toward the Flexible Manufacturing of Smart 3D Honeycombs with Multifunctional Performance. Advanced Functional Materials n/a, 2316533.

在这项工作中，我们通过设计和形成可部署的 LIG 层以及交替插入的热塑性聚氨酯 (TPU) 粘合层，首次创建和开发了 LIG 智能蜂窝 (LIG-HC)。根据多个关键参数，包括 LIG 的层数、TPU 的几何形状、部署水平和激光的选择性照射，这种制造对于确定具有高度结构设计的 LIG-HC 是独一无二的，包括可扩展的面积尺寸和厚度，可变的细胞尺寸和形状，以及可图案化的石墨烯簇。为了进一步建立和理解与工艺相关的结构和性能，系统地探索了关键参数，以同时保证结构完整性和导电性，这进一步支持多功能特性的调节，包括各向异性机械、电气、压阻和电磁性能。为了最终展示航空航天领域独特的蜂窝结构，代表性地构建并应用了具有智能LIG-HC功能的飞机机翼模型，并应用于防冰除冰、高温预警和阻燃、压力传感和振动监测，以及电磁屏蔽和隐形。

1.Su, Y. et al. Monolithic Fabrication of Metal-Free On-Paper Self-Charging Power Systems. Advanced Functional Materials n/a, 2313506.

我们开发了一种整体工艺，可以在纸质基材上几乎完全打印无金属 SCPS，其微型化占地面积约为 2 cm × 3 cm，厚度约为 1 mm。高度可靠且导电的 PEDOT:PSS 墨水由少量碳量子点稳定，采用水/EG 混合溶剂配制而成。PEDOT:PSS 在纸张表面上具有出色的顺应性，可以轻松印刷高度粗糙的导电电极，这些电极可以在 SCPS 中发挥多种作用，包括用于具有高倍率能力（> 1000 mV s -1）的 MSC 的大面积电极、互连、以及用于TENG的有效摩擦电电极，以避免使用垫片来简化TENG结构并提高整个SCPS的小型化。完整的印刷和近乎整体的工艺使我们能够灵活地定制MSC阵列中的单元数量，以提高倍率能力（例如，6单元串联的MSC阵列达到6000 mV s -1 ）并提高存储效率来自 TENG 的瞬时（脉冲）电。在连续按压和释放 TENG 约 79 000 次循环后，3 单元 MSC 阵列可充电至 1.6 V，而 6 单元阵列可充电至 3.0 V。除了使用一个商用（非印刷）整流器组件之外在目前的工艺中，整体工艺已显示出制造完全不含金属的纸上 SCPS 的前景，作为新兴电子产品的轻质、薄型、可持续、环保和低成本电源。

1.Pu, J. et al. Grafted MXene Assisted Bifunctional Hydrogel for Stable and Highly Sensitive Self-Powered Fibrous System. Advanced Functional Materials n/a, 2304453.

我们报道了一种通过将聚丙烯酸接枝MXene引入到聚丙烯酰胺/壳聚糖中（表示为MXene-g-PAA-PAM/CS，MPPC）的双功能水凝胶，该水凝胶可同时用于高灵敏度应变传感器和ZIBs的稳定电解质。高度兼容的自供电光纤传感系统。MXene-g-PAA 薄片可以均匀分布在 PAM/CS 基质中，并充当离子传输“高速公路”，以增强水凝胶的离子电导率。MXene-g-PAA、CS和PAM中的─COOH、─NH 2和─CONH 2之间也可以分别形成三元氢键相互作用，从而增加了水凝胶的亲水性并增强了机械性能。基于水凝胶，构建了超长可拉伸纤维应变传感器，具有优异的机械强度（1.8 MPa）、高灵敏度（应变系数（GF）为2.4）、宽检测范围（0–800%）和快速响应时间（91.6 毫秒）。此外，水凝胶电解质可以限制水分子运动并加速水合Zn 2+的脱水，从而有效减少副反应并延长ZIBs的稳定性。基于水凝胶的柔性ZIB表现出353 mAh cm -3的高容量和长循环稳定性（2 A cm -3下400次循环）。然后，通过集成水凝胶传感器和ZIB，设计了一个兼容的可拉伸自供电纤维传感系统，该系统能够实时监测和分析人体运动，以及检测3D乒乓球的轨迹和速度。

1.Yang, G. et al. Schottky Effect-Enabled High Unit-Area Capacitive Interface for Flexible Pressure Sensors. Advanced Functional Materials n/a, 2401415.

本研究针对柔性电容式压力传感器中纳米介电层的机械弱点和电子隧道问题，采用Al表面自然形成的Al 2 O 3钝化层作为介电层，抑制电子通过铝和半导体电极之间肖特基接触的能量势垒进行隧道效应。具体来说，该传感器由空心微球 (HMS)/CB/硅橡胶 (SR) 复合层顶部的铝箔组成（图 1a）。自然形成的 Al 2 O 3层非常薄（约 3 nm），[ 15 ]频率不敏感，[ 12 ]并且机械坚固。[ 15 ]同时，CB-Al 2 O 3 -Al界面处的肖特基效应建立了势垒，阻止电子隧道穿过Al 2 O 3薄介电层。通过采用这些措施，获得了纳米级电荷存储界面，UAC高达50 nF cm - 2，与其他绝缘介电层相比增加了近两个数量级。此外，通过在复合层中加入 HMS，在界面处同时构建了微观结构。这些空心半球在压缩过程中能够实现较大的接触面积变化（图 1b ），这有助于压力传感器在50 kPa的宽范围内实现高灵敏度（8.6 kPa -1）和宽线性响应（R 2 = 0.99）。这项研究为开发频率无关且机械/环境稳定的高 UAC 传感接口以及高灵敏度线性压力传感器提供了一条新途径，缩小了研究与实际应用之间的差距。

1.Chen, S. et al. Multimodal 5-DOF Stretchable Electromagnetic Actuators toward Haptic Information Delivery. Advanced Functional Materials n/a, 2314515.

在可通过一个设备触发多个机械皮肤感受器的可拉伸和轻型触觉界面的开发方面仍然存在显着差距。为了填补多模态和皮肤兼容触觉界面的空白，这项工作提出了一种基于电磁执行器的新型多模态可拉伸触觉界面（图 1b，c）。该执行器在一台设备中提供 3 模态和 5 DOF 触觉交互：正常模式（沿 z轴的 1-DOF 线性运动）、旋转剪切模式（围绕x轴和y轴的 2-DOF 角运动）和拖动模式（沿x轴和y轴的 2-DOF 线性运动）。执行器的战略性 5 自由度运动能够激发多个皮肤受体（例如 Pacinian、Merkel 和 Ruffini），以获得更全面的触觉。电磁执行器经过优化，可提供超出人类触觉感知阈值的足够刺激。此外，采用一种新颖的电场促进打印方法，实现软金属材料高保真、多层打印到电磁线圈中。由于所采用材料的优化结构设计和优异的机械性能，所报告的装置重量轻、紧凑，并且能够保持与皮肤弹性特性相容的拉伸应变的功能。

1.Gu, P. et al. Highly Stretchable Semiconducting Aerogel Films for High-Performance Flexible Electronics. Advanced Functional Materials n/a, 2400589.

我们报告了通过交联和模板方法结合单轴和双轴预拉伸策略制备的高可拉伸半导体聚合物基气凝胶薄膜。基于聚(3,4-乙撑二氧噻吩)的半导体气凝胶薄膜：聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和聚(2,5-双(3-三乙二醇氧基噻吩-2-基)-共聚噻吩)(Pg2T-通过单轴预拉伸获得的T）表现出褶皱和折叠的多孔结构以及高达100-200%的高拉伸性。通过双向预拉伸获得的半导体气凝胶薄膜表现出卷曲和折返的多孔结构以及高达50%的高双向拉伸率。与相应的基于致密膜的OECT相比，基于半导体气凝胶膜的OECT表现出更高的开/关比和跨导、高拉伸性和优异的拉伸稳定性。我们证明，所得的 OECT 可用作可拉伸人工突触和用于检测多巴胺 (DA) 的高灵敏度可拉伸生物传感器。这项工作为高可拉伸气凝胶薄膜提供了一种通用策略，有望用于下一代高性能柔性电子产品。

1.Lei, P. et al. Bioinspired Integrated Multidimensional Sensor for Adaptive Grasping by Robotic Hands and Physical Movement Guidance. Advanced Functional Materials n/a, 2313787.

受HSS皮肤和肌肉的生理特征和结构的启发，仿生多维传感器包括位于中心的应变不敏感压力子传感器和位于顶部的两个正交堆叠的压力不敏感各向异性应变子传感器和制造了底部，其中每个子传感器可以独立响应三个正交轴之一的刺激分量，而不会相互干扰。压力子传感器由全向梯度皱纹聚氨酯导电薄膜和嵌入 MXene 的 ZnO 纳米线阵列 (ZOGW) 组成。在微小压力下，ZnO纳米线阵列的互锁导致接触面积急剧增加，有助于实现187.71 kPa -1的高灵敏度。由于具有梯度高度的皱纹薄膜通过逐渐激活接触皱纹来确保连续的接触面积变化，因此实现了宽传感范围（0-220 kPa）。此外，ZOGW压力子传感器的传感响应不受面内应变的干扰，并且表现出96％的应变不敏感性，因为面内应变下全向皱纹的单向展开导致ZOGW的结构变化可以忽略不计。应变子传感器由对齐的分段聚酰亚胺/聚氨酯导电薄膜 (AMSPP) 组成。由不同模量的聚酰亚胺和聚氨酯形成的链段结构在拉伸过程中提供了薄膜表面的异质应变分布，在0-80%的宽应变范围内实现了最大应变系数863.7。对齐的结构导致来自不同方向的面内应变发生不同的导电网络变化，从而产生各向异性传感特性和10.74的方向选择性。此外，AMSPP各向异性应变子传感器的传感响应不受正常压力的干扰，这是由电纺薄膜的固有结构决定的。受益于子传感器的各向异性传感特性，多维传感器被设计用于区分和测量多种刺激（面内应变、法向压力和剪切）的类型、大小和方向。最重要的是，建立了一个电响应库来定量评估剪切力，目前尚未有报道。此外，通过将多维传感器连接到机械手上，我们证明机械手可以在外部干扰下自动调节抓握力，从而稳定地抓取物体并避免打滑。而且，传感器能够通过输出电信号来检测不同的罚球动作，从而提高罚球命中率。总体而言，本研究提出的创新仿生微纳结构设计和系统架构构建有望为柔性电子器件的发展带来新的启发。

云南游记-昆明大理丽江香格里拉

Sun, 16 Jun 2024 00:00:00 GMT

在我和言言高强度科研工作几个月后，我们一致商量趁着毕业时一起旅行，特意避开了端午假日的人流高峰，我们请假五天在端午前往了云南。

从深圳宝安机场飞往昆明长水机场，六月三号中午落地，航程约两个半小时。落地后，乘坐昆明地铁前往昆明高铁站附近的酒店，地铁时长约50分钟。在酒店休憩一会后，我们打车前往市中心吃了从水芦餐厅，味道不错，尤其是烤鱼，很好吃。然后我们沿着夜市街走到了市民广场，应该是昆明CBD，然后逛了逛周边的步行街，也打卡了很火的超窄楼。

六月四日早上十点，我们坐高铁前往大理，车程约摸2个多小时，然后打车约半小时前往了大理古城附近的民宿下榻，休息一会，我们边步行前往了大理古城。大理古城不大，由很多条商业街纵横交错而成，溜达一会，我们打车前往龙龛码头。龙龛码头很美，洱海旁边，怡人惬意。

六月五日九点，我们乘坐滴滴站点巴士前往丽江，车程约摸三个半小时，入住酒店后，我们步行进入丽江古城。丽江古城超大，比大理古城还商业化，店门口全是拉客的，我们想玩的木府、狮子山都要收门票，我们便作罢没去，溜达到一半还下雨了，于是便回酒店了。晚上我们前往丽程饭店路上开始抢玉龙雪山的索道票，和言言爆抢，被我抢到了下午两点半的票。

第二天，我们早上先打车去了束河古镇，入住民宿后，我们就打车前往了玉龙雪山，先玩了云杉坪，然后是蓝月谷，最后回到游客中心吃了肯德基，下午两点左右坐缆车上了玉龙雪山山顶，山顶风景超美，就是得走几步路就要缓一会休息下。傍晚我们逛了束河古镇，这个古镇还不错，挺好玩的。

六月七日，我们做高铁前往了香格里拉，落塌民宿后，我们逛了独克宗古城、大经幡。次日，我们前往普达措国家公园，景色宜人。下午我们便乘坐高铁回了昆明，高铁因为昆明大雨还晚点了，入住酒店已经快十二点了。

第二天，我们逛了附近的商场，便乘坐飞机返回深圳了。

总体而言，一次超棒的旅行，云南的风土人情很有特色，云南风味也非常棒。这是我和言呀你的第一次旅行，以后还去云南！

2024-05 柔性电子领域的进展

Thu, 02 May 2024 00:00:00 GMT

1.Chen, W. et al. Knotted Artificial Muscles for Bio‐Mimetic Actuation under Deepwater. Advanced Materials 2400763 (2024) doi:10.1002/adma.202400763.

具有高频率和高行程线性驱动的肌肉对于动物实现卓越的机动性、敏捷性和环境适应性至关重要。由于驱动速度、幅度、模式或适应性较差，人造肌肉尚未与生物肌肉相媲美。受天然肌肉层次结构的启发，人造肌肉功能强大、反应灵敏、坚固且适应性强。人造肌肉由 3D 打印液晶弹性体纤维和细加热线编织而成的结组成。数值模拟和实验均验证了独特的分层编织结结构可提供放大的线性行程、力速率和损伤容限。特别是，方结人造肌肉在水下 3000 米深度下以 1Hz 的频率显示出可靠的驱动周期。通过推进模型船展示了潜在的应用。展望未来，打结的人造肌肉可以赋予新颖的生物医学设备和软机器人探索各种环境的能力，从人体内部到神秘的深海。

1.Huang, Q. et al. Ion gradient induced self-powered flexible strain sensor. Nano Energy 126, 109689 (2024).

为了应对能源危害并减少应变传感器频繁更换电池，近年来开发了各种自供电柔性应变传感器（包括压电式、摩擦电式和电化学式）。然而，压电应变传感器和摩擦电应变传感器无法监测静态应变，而电化学应变传感器则面临性能下降的问题。在此，受离子梯度发生器的启发，构建了一种基于应变调节离子梯度策略的自供电柔性应变传感器。该传感器由涂有碳纳米管（CNT）的弹性纱线、LiCl滤纸（FP）和乳胶管封装组成。具有优异水分子吸收性能的LiCl-FP包裹在弹力纱的一侧，在传感器内形成高湿度区域。弹力丝未被LiCl-FP覆盖的部分水分子吸收性能较弱，在传感器内形成低湿度区域。传感器中的离子从高湿度区域定向移动到低湿度区域，形成离子梯度并产生电压/电流。测试结果表明，该传感器具有较宽的应变检测范围（0.5%~100%）和良好的重复性（1000次）。应变传感机制可归因于应变调节离子梯度和电阻应变效应。此外，通过监测呼吸来验证传感器的应变传感功能。这项工作为使用应变调节离子梯度开发自供电应变传感器开辟了新途径。

1.Ni, Y. et al. Environmental Stability Stretchable Organic Hydrogel Humidity Sensor for Respiratory Monitoring with Ultrahigh Sensitivity. Adv Funct Materials 2402853 (2024) doi:10.1002/adfm.202402853.

在这里，我们报告了一种高灵敏度、可拉伸、环境稳定的湿度水凝胶传感器。该传感器由聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酰胺（PAAm）双网络作为水凝胶骨架材料，MXene作为湿度传感材料，甘油和水作为有机水凝胶的二元溶剂组成，表现出优异的低温性能。耐性和耐干燥性。具有吸湿特性的LiCl盐和MXene的协同作用使传感器具有优异的敏感性和稳定性。湿度水凝胶传感器具有高拉伸性（>3000%）、高灵敏度（−103.4%/% RH）、宽湿度监测范围（40%−85% RH）和快速响应（响应时间0.165 s/0.248 s恢复时间）。这项工作为构建高性能水凝胶湿度传感器提供了新思路。

1.Yang, Y. & Shen, Y. A liquid metal-based module emulating the intelligent preying logic of flytrap. Nat Commun 15, 3398 (2024).

在这项研究中，我们提出了一个源自捕蝇草行为的信号累积/衰减（SAA）模型，并相应地引入了基于液态金属的逻辑模块（LLM）（图 1b，c）。该模块包括三个节点（阳极、栅极、阴极），以 NaOH 溶液中的液态金属作为导电介质（图 2a）。阳极和阴极之间的电位差由施加在栅极上的触发信号（正相关）和系统的毛细管电阻（负相关）决定，从而产生随时间变化的特性。我们的研究结果表明，法学硕士本身可以记住刺激的持续时间和间隔，计算累积的信号，并表现出类似于维纳斯捕蝇草的显着逻辑功能。这项工作不仅提供了对植物智能行为仿真的见解，还展示了使用生物信号模拟设计开发神经形态应用自主系统的潜力。

1.Li, P. et al. Reconfigurable optoelectronic transistors for multimodal recognition. Nat Commun 15, 3257 (2024).

在这项工作中，介绍了一种集成了多模态传感、存储和处理功能的 BSO-EGT。该设备可以模拟光和电刺激下可切换的短期和长期可塑性行为。紫外光照射下的时间尺度调制源于氧空位的产生，而 EDL 和离子迁移则在电压刺激下赋予可重构特性。因此，储层和神经网络都可以基于BSO-EGT构建。该设备具有多模式传感和处理能力，用于识别包含多种信息的 Fashion-MNIST 数据集。由于其多模态性质，融合信息识别比通过单信号处理实现的识别具有更高的准确性。我们进一步模拟了人类视听一体化的功能，展示了模仿生物多感官识别的优越性的潜力，准确率超过90%。

1.Mei, S. et al. High-density, highly sensitive sensor array of spiky carbon nanospheres for strain field mapping. Nat Commun 15, 3752 (2024).

虽然应变分布的准确映射对于工程应用中评估应力集中和估计疲劳寿命至关重要，但传统应变传感器阵列在平衡灵敏度和传感密度以实现有效应变映射方面面临着巨大挑战。在这项研究中，我们提出了聚二甲基硅氧烷上单分散尖刺碳纳米球阵列作为应变传感器阵列的福勒-诺德海姆隧道效应，可实现高达 70,000 的灵敏度、100 像素 cm -2的传感密度以及超过 99% 的对数线性度。 0% 至 60% 的宽应变范围。每个单元中尖刺碳纳米球的高度有序组装也保证了单元间的高一致性（标准偏差≤3.82%）。此外，该传感器阵列可以保形地覆盖不同的表面，从而能够准确获取应变分布。该传感阵列为在柔性电子、软机器人、生物力学和结构健康监测等各种应用中绘制应变场提供了一种便捷的方法。

1.You, S. S. et al. An ingestible device for gastric electrophysiology. Nat Electron 1–12 (2024) doi:10.1038/s41928-024-01160-w.

可摄入电子传感器提供了一种非侵入性方法来监测生理信号21、22 。它们可以通过口腔传递并测量相关信息，例如核心温度、压力、胃肠道代谢物和气体浓度21 , 22 , 23 , 24。可摄入装置对胃肠道生物学的干扰也很小，因为它们的放置不需要手术或对胃肠道组织造成任何损伤。在本文中，我们报告了一种用于研究胃肠道电生理学的可摄入装置。该系统被称为通过可摄入、胃、无束缚追踪的多模式电生理学 (MiGUT)，包含封装的电子设备和电池（图1a、c），以及以卷状配置存储的传感电极带（图1d、 e）。分娩后，电极在胃中展开以与粘膜接触（图1b），设备记录生物电信号，随后将其无线传输到几米外的外部接收器。 MiGUT 设备放置在胃中时的位置可以检测附近重要器官的电活动。我们证明该设备可以记录高质量的生物电信号，包括胃慢波、呼吸频率和心电图，以及与大型动物模型中迁移肌电复合体相关的推定信号。我们还表明，该设备可以使用内窥镜夹暂时固定在胃粘膜上，以在多天的进食、睡眠和行走过程中测量和无线传输来自胃慢波的信号。

1.Wang, Y. et al. All‐Printed Finger‐Inspired Tactile Sensor Array for Microscale Texture Detection and 3D Reconstruction. Advanced Science 2400479 (2024) doi:10.1002/advs.202400479.

1.Chen, Y. et al. Bioinspired Robust Gas‐Permeable On‐Skin Electronics: Armor‐Designed Nanoporous Flash Graphene Assembly Enhancing Mechanical Resilience. Advanced Science 2402759 (2024) doi:10.1002/advs.202402759.

在我们的工作中，我们描述了利用聚丙烯熔喷无纺布（PPMF）作为一种柔性装甲的创新方法，以保护基质内的透气FG组件（图 1a），阐明了我们柔性装甲设计的复杂性。 PPMF 类似于小龙虾壳，包围并保护 FG，作为抵抗直接外力的屏障（图 1b）。这种保护机制对于保持 FG/PPMF 电极的结构完整性和稳健性至关重要。多孔基材完全填充FG透气填料，使电极不仅具有低方块电阻，而且满足人体长期佩戴的高透气特性。所得软电极表现出高导电率和125.2±4.7Ω/□的低薄层电阻。由于FG组件的纳米孔，软电极表现出优异的透气性（约10.08 mg cm -2 h -1），与原始PPMF相比保留了98%的透气性。铠装设计使软电极具有机械强度，即使在粘附测试、可清洗测试和 10000 次机械接触摩擦测试后也能保持电气稳定性。作为演示，软电极被用作监测 ECG 和 EMG 信号的皮肤传感器，以及基于可穿戴 TENG 的自供电传感器，用于实时监测人体活动（图 1c）。这些演示表明了所开发的皮肤电极在新兴传感应用和未来人机交互场景中的巨大潜力。

1.Ha, K.-H. et al. Stretchable hybrid response pressure sensors. Matter 7, 1895–1908 (2024).

触敏可拉伸电子皮肤（e-skin）有望用于软机器人、假肢、仿生学和生物传感器。然而，一个长期存在的挑战是拉伸对压力读数的干扰。为了解决这个问题，我们引入了一种本质上可拉伸的混合响应压力传感器（SHRPS），该传感器由具有几乎不导电的多孔纳米复合材料和位于两个可拉伸电极之间的超薄介电层的层压板组成。 SHRPS 的压阻式和压电容式响应相结合，可实现超高压灵敏度，同时有效消除拉伸引起的干扰。我们的研究结果以经过实验验证的机电模型为基础。在实际应用中，安装在充气探头上的 SHRPS 能够在人体手腕上实现安全、精确的触诊，并能舒适、牢固地抓握轮廓物体。 SHRPS 的首次亮相有望显着扩展电子皮肤的多功能应用。

1.Chen, L. et al. Spike timing–based coding in neuromimetic tactile system enables dynamic object classification. Science 384, 660–665 (2024).

1.Yuan, X. et al. Implantable Wet‐Adhesive Flexible Electronics with Ultrathin Gelatin Film. Adv Funct Materials 2404824 (2024) doi:10.1002/adfm.202404824.

在这项研究中，我们提出了一种基于超薄明胶薄膜的可植入柔性电子贴片。明胶膜在0.13秒内迅速粘附在组织表面，而不会对组织造成损伤。通过超声波处理实现液态金属与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的自组装，使其粘附在明胶薄膜上并形成柔性电子贴片。即使经过 1 000 000 次重复弯曲循环后，电阻变化仍小于 10%。该贴片在潮湿环境中表现出出色的粘附力，完全贴附在心脏表面时能够进行有效监测。此外，它可以按需降解，避免二次手术带来的伤害。该技术为开发具有潜在临床应用的可生物降解医疗电子设备提供了新途径。

1.Wang, Y. et al. Bioinspired Flexible Hydrogelation with Programmable Properties for Tactile Sensing. Advanced Materials 2401678 (2024) doi:10.1002/adma.202401678.

在此，通过引入 PEGDA 作为共溶剂，Fmoc-FF 自组装结构可以从普遍接受的较细的未扭曲纳米纤维调制为纳米螺旋，然后再调制为纳米带，从而导致水凝胶的杨氏模量提高 10 倍，这表明它们作为用于触觉传感的仿生封装基板。此后，通过将 Fmoc-FF 与 PEDOT:PSS 和 Fmoc-DOPA 共组装，可以进一步将自组装的纳米纤维水凝胶设计为具有导电性和粘合性，从而提供仿生传感单元和粘合层。因此，模块的集成可以产生具有内在生物相容性和生物降解性的基于 Fmoc-FF 水凝胶的触觉传感器，其灵敏度和耐用性等性能可与最先进的聚合物对应物相媲美（方案 1）。我们的结果证明了基于肽的可编程超分子水凝胶用于触觉传感的可行性，从而为生物机器界面和生物医学工程应用提供了仿生替代方案。

2024-04 柔性电子领域的进展

Mon, 01 Apr 2024 00:00:00 GMT

1.Wang, Y., Yuan, Y., Geng, H., Yang, W. & Chen, X. Boosting Ion Diffusion Kinetics of MXene Inks with Water-in-Salt Electrolyte for Screen-Printed Micro-Supercapacitors. Advanced Functional Materials n/a, 2400887.

柔性可穿戴电子产品迫切需要先进的微储能器件。 MXenes因其优异的导电性和亲水性而广泛应用于超级电容器。然而，基于 MXene 的超级电容器通常表现出低电容和不令人满意的倍率性能，特别是在孔隙率和/或离子扩散路径有限的固体紧凑 MXene 薄膜电极中。在此，报道了通过插入锂离子来合成具有扩大的层间距以促进离子扩散动力学的 MXene 墨水。离子嵌入的 MXene 油墨进一步进行丝网印刷，用于基于 MXene 的微型超级电容器 (MSC) 的可扩展生产。受益于这种电极架构设计，以及 21 m 双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂 (LiTFSI) 盐包水电解质的宽电压窗口，该器件表现出令人印象深刻的面积电容 (252 mF cm -2 )，改善的倍率性能（电容保持率高达80%）、优异的循环稳定性（10000次循环后仍保留98.4%的初始电容）和灵活性，在可穿戴智能电子领域展现出巨大潜力。

1.Hao, Z. et al. Intelligent Wearable Graphene Nano-Electronics with Switchable Surface Wettability Capabilities for Autonomous Sweat Enrichment-Purification-Analysis. Advanced Functional Materials n/a, 2400947.

汗水可穿戴生物传感器有助于通过实时和分子水平的洞察力持续监测个体的深入身体生理状态。然而，由于汗液采样量不足和杂质干扰导致检测精度和灵敏度有限，仍然阻碍了其实际应用。在这里，提出了一种微型可穿戴皮肤界面智能石墨烯纳米电子（SIGN）贴片，采用新型Janus膜集成表面润湿性可切换微流体模块，具有自主汗液采样和净化功能，用于汗液生物标志物的原位分析。由于微流体表面的不对称表面能量分布特性，可以实现将足够量的汗液快速定向输送到Janus膜。 Janus膜净化汗液样本并将样本自主输送至传感表面，从而消除杂质干扰，增强传感性能。超柔性生物受体功能化石墨烯晶体管，用于精确监测乳酸等汗液生物标志物，具有出色的信号再现性和良好的长期（超过1个月）稳定性，并采用与微流控模块结合的信号处理单元。在实际佩戴测试中，SIGN贴片能够连续测量志愿者运动过程中的汗液乳酸水平，并成功智能地对其运动强度进行初步诊断评估，揭示了其潜在的商业化前景。

1.Zhang, H., Li, H. & Li, Y. Biomimetic Electronic Skin for Robots Aiming at Superior Dynamic-Static Perception and Material Cognition Based on Triboelectric-Piezoresistive Effects. Nano Lett. (2024) doi:10.1021/acs.nanolett.4c00623.

在这项工作中，我们提出了一种用于机器人的仿生电子皮肤（BES），通过层压独立的摩擦电和压阻部件实现动态和静态压力的全面触觉感知，并通过进一步与机器学习技术相结合来实现令人印象深刻的认知能力（图 1a）。为了实现更高的灵敏度和更宽的检测范围，精心采用了一种简单的模板方法，然后进行选择性的自聚合处理，在功能层上引入微结构。通过结合摩擦电和压阻部件来选择性地检测动态和静态机械压力，所开发的BES能够支持机器人手监控物体抓取过程中的整个过程（图1b（i）），实现与人体皮肤的功能。此外，还专门引入了长短期记忆（LSTM）神经网络模型，构建了先进的材料认知系统，只需机械手一次不固定的压力触摸，即可直接准确地推断出材料种类（图1b） (ii))，甚至与生物皮肤感觉系统相比也表现出卓越的认知能力。

1.Xu, S. et al. Closed-Loop Wearable Device Network of Intrinsically-Controlled, Bilateral Coordinated Functional Electrical Stimulation for Stroke. Advanced Science n/a, 2304763.

在这里，我们开发了一种闭环和内在控制的功能性电刺激（CI-FES）系统，利用内在的同侧股直肌（RF）sEMG信号来切换施加在受影响的TA肌肉上的刺激，并采用对侧健康的TA肌肉肌肉的表面肌电信号实时调节刺激强度，从而实现患者双侧协调行走动作。以无线、可穿戴形式设计的高精度惯性测量单元（IMU）用于测试脚踝角度、角速度和步态持续时间等物理指标，并用于调整 sEMG 信号的倍数以调节 FES。功能性近红外光谱 (fNIRS) 用于表征大脑中的神经活动，包括氧合血红蛋白 (HbO)、脱氧血红蛋白 (HbR) 和总血红蛋白 (HbT)。利用CI-FES对15例患者的身体和生理指标进行评估后发现，患侧踝关节角度明显接近健侧，初级运动皮层区域HbO消耗大幅减少和平衡，共同表明了援助的显着趋势。此外，在54天的治疗过程中，通过机器学习分析，患者与正常受试者之间的区别逐渐缩小，并且在Fugl-Meyer评估（FMA）、Brunnstrom阶段和Ashworth量表中运动表现明显增强。所有这些共同发现强调了 CI-FES 系统在 FD 中风患者的协助和康复方面的重要意义。

1.Mete, M., https://orcid.org/0000-0002-9587-1321，Wei, Dawid, & https://orcid.org/0000-0003. SORI: A softness-rendering interface to unravel the nature of softness perception. Proceedings of the National Academy of Sciences 121, e2314901121 (2024).

对柔软度的触觉感知对于包括人类在内的各种物种的生存、福祉和社会互动起着至关重要的作用。这种认知为从动物的食物选择到人类疾病检测的医学触诊等活动提供了信息。尽管柔软性具有根本性的重要性，但对神经学和认知过程如何进行全面理解仍然难以实现。先前的研究表明，体感系统利用皮肤和动觉线索来产生柔软感。接触面积、深度和力量等因素对于指尖体验的感觉起着特别重要的作用。然而，旨在探索这种现象的现有触觉技术是有限的，因为它们经常将力和接触面积耦合起来，无法提供柔软感知的真实体验。我们的研究引入了柔软度渲染界面（SORI），这是一种旨在弥补这一知识差距的触觉柔软度显示。与其前身不同，SORI 具有将接触面积和力解耦的独特能力，从而可以定量表示指尖的柔软感。此外，SORI 结合了个人物理指尖属性和基于模型的柔软度提示估计和映射，以提供高度个性化的体验。利用这种方法，SORI 可以定量地复制静态、动态、同质和异质表面上的柔软感。我们证明 SORI 可以准确渲染虚拟和日常物体的表面，从而为从远程操作到医疗技术等一系列领域提供机会。最后，我们提出的方法和 SORI 将加速心理学和神经科学研究，以解开柔软感知的本质。

1.Gong, M. et al. Nature-Inspired Molecular-Crowding Enabling Wide-Humidity Range Applicable, Anti-Freezing, and Robust Zwitterionic Hydrogels for On-Skin Electronics. Small n/a, 2400161.

我们从植物叶子的保湿和耐寒能力中汲取灵感，提出了一种简单、有效、环保的策略来构建具有宽湿度范围适用性的导电聚乙烯醇（PVA）/脯氨酸/MXene水凝胶，抗冻性和皮肤物理传感器的鲁棒性。具体来说，添加高浓度脯氨酸（Pro），一种安全、绿色的生物两性离子渗透剂（图 1b），作为水凝胶中的分子拥挤剂。 PVA/Pro/MXene 水凝胶很容易通过 PVA、Pro 和 MXene 的简单组装来制备，然后通过冷冻/解冻过程使水凝胶与 PVA 微晶发生物理交联。与 PVA/MXene 水凝胶（分别为 0.02 MPa 和 228%）相比，强度（0.6 MPa）和拉伸性（433%）均显着增强，因为添加的 Pro 可以与 PVA 和 MXene 形成超分子氢键网络。值得注意的是，即使在冬季低温和湿度条件（-20°C，28％RH）和夏季高温和高湿条件下平衡12小时后，水凝胶仍表现出令人印象深刻的77％和55％的保水率（ 35°C，90% 相对湿度）。密度泛函理论 (DFT) 计算表明，这种良好的保水能力是由静电诱导的水合效应以及水分子和 Pro 分子之间的氢键赋予的。此外，Pro和H 2 O的结合能高于H 2 O分子之间的结合能，证明Pro能够打破H 2 O分子的定向排列，从而将PVA/Pro/MXene的凝固点降低至≈ - 34℃。最后，我们证明了将导电水凝胶用于皮肤生物电子学的高度可行性，能够在各种生活环境中监测身体运动和记录电生理信号，包括肌电图（EMG）和心电图（ECG）信号（图 1j）。这些信息可以为心血管和肌肉相关疾病以及运动康复提供重要的诊断见解。因此，基于仿生学概念，使用高度浓缩的功能生物分子，为设计具有增强活力的多功能水凝胶提供了一种简单、有效、环保的方法。

1.Tian, S., Wang, L. & Zhu, R. A flexible multimodal pulse sensor for wearable continuous blood pressure monitoring. Mater. Horiz. (2024) doi:10.1039/D3MH01999C.

通过桡动脉脉搏进行连续血压监测对个人医疗保健提出了很高的要求。然而，径向脉搏波形的精确测量具有挑战性，因为其微妙且易受佩戴压力和皮肤温度的影响，这可能会导致脉搏波形中的伪影信号混叠。在此，我们提出了一种全新的人体皮肤压热传导压力传感原理，并开发了一种灵活的多传感器脉搏传感器来实现高保真脉搏波形测量。我们的脉搏传感器利用人体皮肤的自然压热传导与柔性薄膜热感受器相结合，实现了压力测量范围宽（228.2 kPa）、检测限低（4 Pa）、灵敏度高、线性度好（R 2 = 0.999）、低迟滞（2.45%）、快速响应（88 ms）以及良好的耐用性和稳定性，可实现精确的脉冲测量。此外，柔性脉搏传感器单片集成了皮肤温度和佩戴压力的感知，能够实时补偿脉搏测量中的伪影影响。利用高效的多层感知器融合脉搏特征、佩戴压力和皮肤温度，准确估计血压并具有良好的泛化性。该研究提出了人体皮肤传感器的新概念，首次实现了脉压波、皮肤温度和佩戴压力的集成高保真测量，从而实现了具有良好通用性的精确可穿戴血压监测。

1.An, Z. et al. A miniaturized array microneedle tactile sensor for intelligent object recognition. Nano Energy 125, 109567 (2024).

在本文中，我们提出了一种具有单电极 TENG 结构的用于智能对象识别的 MTS。以硅胶为基材，掺杂非导电聚合物粉末，得到三种不同的复合材料，每种复合材料都有其独特的摩擦性能。同时，通过优化结构和工艺，实现了硬件的小型化和高空间分辨率。 MTS尺寸直径仅为6毫米，使其能够适应弯曲条件下的识别功能。此外，引入机器学习的概念，通过模型训练和海量数据分析，得到一套智能物体识别系统，实现了自动、高精度的物体识别功能。我们希望本文的工作能够为机器人智能硬件研究领域开创一个新的方向。

1.Shao, H.-Q. et al. Elastic Janus Microarray Film Strain Sensors with Heterogeneous Modulus and Conductivity for Healthcare and Braille Identification. Advanced Functional Materials n/a, 2316134.

在此，电气和机械微阵列异质结构的设计理念通过简单且可扩展的微压印和颗粒刮除捕获策略得到证实，从而能够制造用于高分辨率医疗保健和智能盲文识别的线性Janus薄膜应变传感器。具体来说，Janus异质结构苯乙烯-丁二烯共聚物（SBS）薄膜，即表面微图案化的SBS薄膜，其刚性聚苯乙烯（PS）微球规则分布，是通过简单的颗粒定位捕获技术制备的。弹性体薄膜上的异质模量微阵列结构在拉伸时引起局部应变集中，阻止拉伸应变下微裂纹的快速扩展。此外，由于不同的聚合物-Ag +亲和力，以及乙醇对它们不同的溶胀效应，银纳米粒子在SBS基底和PS微球上的生长不同，从而导致异质导电特性。这种分布的异质区域充当切断快速裂纹渗透和扩展的屏障，从而在更宽的应变范围内保持导电路径的连续性。因此，Janus 异质结构弹性体薄膜应变传感器可维持对 50% 拉伸应变和低压缩应变的线性响应，从而可以监测身体运动并智能识别盲文作为触觉传感器。这项工作揭示了一种简单且可扩展的技术，用于快速高效地制造下一代可穿戴电子产品的线性薄膜应变传感器或电子皮肤。

1.Yan, R. et al. An Electrostatic-Induction-Enabled Anti-Touching Hydrogel Dressing for Chronic Wound Care. Advanced Functional Materials n/a, 2402217 (2024).

我们设计了一种静电感应防触摸水凝胶敷料（EAHD）平台，该平台结合了接近传感器和促愈合水凝胶，为慢性糖尿病皮肤伤口管理提供了另一种方法。接近传感器基于静电感应，自供电；与电磁或光感应接近传感器相比，它可以感知更多物体。[ 16 - 18 ]水凝胶敷料支持伤口愈合并起到保护罩的作用。除了生物相容性和佩戴舒适性的优点外，所提出的水凝胶还具有优异的导电性和按需粘合性能，使其成为防护罩的有前途的候选者。为了展示我们的 EAHD 在高级伤口护理中潜在的令人震惊的应用，我们评估了其在遭受手动接触时的警告反应行为。当物体靠近时，发光二极管 (LED) 指示灯会亮起，并且蜂鸣器会发出声音。体内试验结果表明，EAHD可以促进糖尿病伤口愈合。这些令人鼓舞的结果表明，我们的伤口敷料系统具有作为理想伤口敷料的巨大潜力，具有针对意外触摸的可靠警告性能。这项研究代表了下一代伤口管理工具的范式转变。

1.Moeinnia, H., Agron, D. J., Ganzert, C., Schubert, L. & Kim, W. S. Wireless pressure monitoring system utilizing a 3D-printed Origami pressure sensor array. npj Flex Electron 8, 1–8 (2024).

在这项研究中，我们提出了一种灵活的压力传感器阵列，具有柱折纸架构的组件。利用 3D 设计和 3D 打印的优势来制造这种三维结构，所提出的架构设计可以精确控制传感器的刚度及其压力测量范围。因此，该传感器非常适合生物医学和体育领域的各种应用。为了实现这一目标，我们采用双喷嘴熔融沉积成型 (FDM) 3D 打印技术。这种方法允许在单个制造步骤中同时生产柔性传感器的结构及其导电组件，有效解决层之间的粘附问题。此外，我们的压力测绘阵列包含模块化传感单元，使设计人员能够灵活地定制压力测绘垫的尺寸、形状和分辨率，以满足特定的最终用户需求。值得注意的是，如果阵列内的传感器损坏，可以更换单个传感单元，从而无需更换整个设备。这种方法提供了一种经济高效且可持续的维护解决方案，确保扩展的操作功能。

1.Zhang, Y. et al. An intelligent self-powered life jacket system integrating multiple triboelectric fiber sensors for drowning rescue. InfoMat n/a, e12534.

基于摩擦电效应21、22的可穿戴纺织品传感器由于其在检测低频和小范围运动方面的优异性能，最近在人类活动监测中获得了突出的地位。23 - 26通过与这一令人兴奋的发展相结合，救生衣有望用于水下运动监测。27 - 31这里报道了一种舒适且智能的自供电救生衣 (SPLJ)，用于监测处于危险中的个人的活动，该救生衣是基于 WBAN 和深度学习分析而设计的。具体来说，将六个具有高灵敏度、可拉伸性和灵活性的摩擦电纤维传感器固定在肩膀、膝盖和肘部上构建WBAN，从而可以更准确地提取人体运动状态的运动特征。当一个人落入水中时，集成到 SPLJ 中的摩擦电纤维传感器通过有效地将运动信号转换为电对应信号来迅速捕获实时运动状态。这些电信号使用便携式集成电路模块进行即时处理，并无线传输到救援终端。在救援终端，通过卷积神经网络（CNN）分析进行实时处理和数据分析，从而能够提取有关个人运动的关键信息。利用运动和低温条件之间已建立的相关性，我们实现了对个人生理状态的精确评估。因此，救援队可以制定量身定制的救援策略，以最大程度地提高个人的生存机会。所开发的SPLJ引入了一种新颖有效的水下人类活动监测方法，而WBAN所提供的实时信息传输和反馈能力显着提高了救援行动的效率和准确性，从而为海上生存领域带来了新的可能性。

1.Cohen-Gerassi, D. et al. Conductive Peptide-Based MXene Hydrogel as a Piezoresistive Sensor. Advanced Healthcare Materials n/a, 2303632.

在这里，我们基于 Fmoc-FF 肽水凝胶剂设计了复合 MXene/肽水凝胶。为了改善肽与 MXene 的相互作用，我们研究了两种肽衍生物，并检查了添加带正电和带负电的氨基酸（即赖氨酸 (K) 和天冬氨酸 (D)）对自组装、自组装的影响。 -愈合、机械和电性能。值得注意的是，与其他肽衍生物相比，MXene/Fmoc-FF 水凝胶表现出优异的机械和电性能，这促使我们将其用于传感应用。我们成功制造了压阻传感器，具有0-400 kPa的宽检测范围、38.5 kPa -1的良好灵敏度、0.64/0.61 ms的极快响应/恢复时间、超过20 000次按压循环和氧化的优异耐用性稳定。这种压阻式生物相容性传感器可应用于人体健康监测需求，包括脉搏和血压分析，也可作为自供电麦克风用于声音监测。

1.Zheng, X. et al. Skin-Inspired Textile Electronics Enable Ultrasensitive Pressure Sensing. Small n/a, 2310032.

可穿戴压力传感器由于其在医疗保健监测和人机交互方面的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。然而，由于在多孔基底上构建微结构的困难，同时实现可穿戴电子产品的高灵敏度、低检测限、快速响应和出色的透气性仍然是一个严峻的挑战。受人体皮肤棘微结构的高灵敏触觉感知的启发，通过组装基于 MXene 的传感电极和基于 MXene 的叉指电极，设计并制造了一种仿生柔性压力传感器。该产品仿生传感器具有良好的柔韧性和合适的透气性（165.6 mm s -1），可与典型的透气服装相媲美。受益于仿生间歇结构的两级放大效应，该产品仿生传感器具有超高灵敏度（1368.9 kPa -1）、超快响应（20 ms）、低检测限（1 Pa）和高线性响应（ R 2 = 0.997) 在整个传感范围内。此外，压力传感器可以通过亲密的皮肤接触实时检测大范围的人体运动，为生物医学监测和个人医疗诊断提供重要数据。这一原理为开发类人体皮肤的高灵敏度、快速响应的触觉传感器奠定了基础。

1.Niu, H. et al. Intuition-and-Tactile Bimodal Sensing Based on Artificial-Intelligence-Motivated All-Fabric Bionic Electronic Skin for Intelligent Material Perception. Small 20, 2308127 (2024).

提出了一种基于直觉（边缘效应）和触觉（离子电子效应）的双模态传感的全织物仿生（AFB）电子皮肤，由导电织物电极和离子液体聚偏氟乙烯共聚物组成。 -三氟乙烯）[P(VDF-TrFE)]纤维-TiO 2纳米棒结构（IL-FNS）织物介电层，它们相互交错形成双互锁结构（图 1b）。其中，FNS的设计灵感源自针叶树的枝针结构，采用极具成本效益的两步低温水热生长制备，由规则排列的P(VDF-TrFE)纤维组成（作为分支）和密集生长的TiO 2纳米棒（作为针）。值得注意的是，所提出的低温水热生长使得TiO 2在柔性有机基底上成功生长，并且由于其低温环境，有效节省了能源消耗。在人工智能算法的推动下，探索了一种分别利用电容式AFB电子皮肤的边缘效应（非接触式）和离子电子效应（接触式）来检测物体的介电常数和软硬度的方法。通过COMSOL有限元分析（FEA）验证了上述两种效应的可行性，为各种材料的推论奠定了基础（图 1c，d）。所提出的压力模式下的AFB电子皮肤对于低于50 kPa的压力具有15.06 kPa -1的最大灵敏度，对于50至200 kPa的压力范围对应于6.06 kPa -1的灵敏度的线性响应，以及快速响应/恢复时间（5.6 ms，40 kPa）。作为所提出的材料感知的概念验证，我们使用 AFB 电子皮肤依次收集不同材料在接近模式和压力模式下的电容响应曲线，并在多层感知器 (MLP) 神经网络的帮助下训练和学习它们网络，从而构建智能物质感知系统。该系统只需一个接近压力循环，即可通过材料之间的介电常数和软硬度差异，准确感知形貌不明显、表面光滑的九种材料，平均准确率可达96.6%。所提出的AFB电子皮肤及其智能材料感知系统将为智能感知领域带来新的活力，真正赋予机器人皮肤在现实水平上媲美甚至超越人类的感知能力。

1.Yang, Y. et al. A High-Sensitive Rubber-Based Sensor with Integrated Strain and Humidity Responses Enabled by Bionic Gradient Structure. Advanced Functional Materials n/a, 2400789.

实时检测不同的生理特征对于人类的身心健康至关重要。一种具有多模态传感能力、高灵敏度、优异的机械性能和环境稳定性的检测系统是非常理想的，但这仍然是一个巨大的挑战。受生物组织结构梯度的启发，本研究制备了一种基于羧基苯乙烯丁二烯橡胶（XSBR）和聚丙烯酸钠（PAANa）非共价修饰MXenes的多功能传感器，其中MXenes呈现梯度分布，同时形成梯度分布。通过与 PAANa 形成氢键相互作用，在基质底部定向排列。该材料表现出 244% 的可观拉伸性和 7.67 MPa 的强度、55.40 S m −1的高电导率、2.48 wt% 的低渗透阈值以及对应变（98% 应变内应变系数为 906.7）和湿度的出色响应（11-93% 相对湿度内相对电阻变化为 530%）。基于XSBR/PAANa/MXene复合材料的优越性能，设计了集成检测系统，可以准确检测各种尺度的呼吸和身体运动。这项工作为开发用于传感器应用的新型仿生功能材料提供了新的视角。

1.Jin, C. et al. A Superhuman Sensing Triboelectric Nanogenerator with Boosted Power Density and Durability via a Bio-Inspired Janus Structure. Advanced Functional Materials n/a, 2402233.

受人体皮肤Janus结构和功能的启发，我们设计了丝胶改性碳纳米管/细菌纤维素/水性聚氨酯（SSCNT/BC/WPU）的梯度结构纳米复合薄膜。通过合理控制CNT和WPU之间的相互作用，我们可以分散WPU网络中的CNT梯度以获得Janus薄膜。此外，由Janus薄膜组装而成的单电极TENG表现出出色的电输出性能和机械耐久性。作为概念验证，我们的设备设计用于非接触式预测人体运动状态和方向；还设计了智能触觉传感系统，借助深度学习算法，实现对接触物体材质类别的准确识别。因此，我们的工作为TENG结构设计和性能优化开辟了一条有利的途径，并为多维环境的人类感知（接触/非接触）应用提供了见解。这将对可穿戴设备、智能机器人和人机交互领域产生实际影响。

1.Zhang, C., Bao, Q., Zhu, H. & Zhang, Q. Highly Transparent and Long-Term Stable Dielectric Elastomer Composites Enabled by Poly(ionic liquid) Inclusion. Advanced Functional Materials n/a, 2401901.

为了应对这些挑战，同时实现高介电常数、透明度和长期稳定性，我们建议引入聚合物离子液体（PIL）作为弹性体复合材料中的填料。 PILs具有良好的离子电导率、可调的折射率、良好的热稳定性和不流动特性等优点，已被广泛用于制备高导电弹性体和离子凝胶。[ 38-41 ]因此，所得的DEC表现出优异的介电常数，同时保持高光学透明度和长期稳定性。即使在高达 250 °C 的高温下，该材料仍能保持优异的机械和电气性能。连续暴露于 80°C 6 个月后，所制备的 DEC 的所有性能几乎保持不变。我们还展示了这些包含 PIL 的介电弹性体复合材料在传感和交流电致发光 (ACEL) 领域的应用，展示了即使在长时间高温暴露后器件也能保持优异性能的卓越稳定性。我们的包含 PIL 的方法代表了 DEC 设计的新颖视角，显着增强了这些复合材料在实际应用中的实用性和性能。

1.Zhang, Y. et al. Ultrafast piezocapacitive soft pressure sensors with over 10 kHz bandwidth via bonded microstructured interfaces. Nat Commun 15, 3048 (2024).

在这项工作中，我们提出了一种策略，通过将低粘度微结构电介质与电极无缝粘合，将柔性压电容压力传感器的响应弛豫时间缩短至~0.04 ms。该电介质是通过将 2 wt.% 碳纳米管 (CNT) 分散在聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 基质中制成的，可降低材料粘度和表面粘附力。如果没有界面间隙，粘合的微结构界面会大大减少摩擦引起的能量耗散。我们表明，我们的传感器可以快速响应从稳定压力到超过 10 kHz 的高频振动的刺激。此外，该传感器在 1000 Hz 时还表现出 0.2 Hz 的高频率分辨率，以及可忽略不计的电容压力迟滞。这种行为使其能够应用于动态压力检测，包括声学场景。我们进一步设计了基于该传感器的人工耳系统，并利用该系统进行声音检测。我们期望我们的传感器能够用于更多需要检测静压和高振动刺激的应用，并且使用粘合接口来提高响应松弛速度的方法可能会扩展到其他设备。

1.Sun, L. et al. All-solution-processed ultraflexible wearable sensor enabled with universal trilayer structure for organic optoelectronic devices. Science Advances 10, eadk9460 (2024).

在这里，我们建立了全解决方案流程来制造可穿戴自供电光电体积描记图（PPG）传感器。具体来说，我们提出了一种用于超柔性有机光电器件（即 OPV、OPD 和 OLED）的简便且通用的三层全溶液加工器件结构的开发，这些器件可以在超薄基板上进行全涂覆，无需界面层。这归因于在环境空气中进行溶液处理的电极，即具有高功函数和喷涂共晶镓的刀片涂层聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）电极具有低功函数的铟（EGaIn）电极，满足电荷传输和收集的要求。全溶液处理的有机光电器件表现出与真空蒸镀器件相似的性能，并且在环境空气中的稳定性得到改善。喷涂的 EGaIn 和有机半导体之间的坚固界面提高了有机光电器件的空气稳定性。最后，我们成功集成了全溶液处理的有机光电器件，通过结合全溶液处理的OLED和OPD，实现了自供电的健康监测电子系统，并演示了在空气中储存35天后的信号检测。

1.Fu, Y. et al. Flexible Multimodal Magnetoresistive Sensors Based on Alginate/Poly(vinyl alcohol) Foam with Stimulus Discriminability for Soft Electronics Using Machine Learning. ACS Appl. Mater. Interfaces (2024) doi:10.1021/acsami.4c01929.

在这项工作中，基于SA和PVA的互穿网络，结合GL和核壳双分散MP的物理增强，通过原位冷冻聚合策略制备了多功能磁阻泡沫传感器。 SA/PVA/GL(SPG)海绵具有环境友好、制造简单、透气性好、可控性高等特点。组装的SPG传感器在外部刺激下表现出更好的磁/应变传感能力、快速响应时间和可靠的耐用性。重要的是，开发了一种 CNN-BiLSTM-attention 算法来识别泡沫传感器的莫尔斯电码加密信息，显示出令人满意的识别精度。此外，它还可以有效检测人体生理运动并感知外部压力/磁场分布。我们的研究将为下一代软电子和人机界面领域提供一种新型多模态传感器。

1.Huang, Y. et al. Flexible piezoelectric sensor based on PAN/MXene/PDA@ZnO composite film for human health and motion detection with fast response and highly sensitive. Chemical Engineering Journal 488, 150997 (2024).

本研究研究了 PAN/MXene/PDA@ZnO-5 压电传感器在智能可穿戴设备中的应用，提出了一种制造高性能传感器的有效方法。 PMPO 压电传感器具有 28.56 V/N 的显着电压灵敏度、快速响应和恢复时间以及卓越的机械稳定性和耐用性。它能够精确检测和量化微小的压力变化，使其成为监测微妙生理信号的理想选择。此外，该传感器可在广泛的压力范围内有效运行，有助于跟踪重要的人体运动并确保在不同的应用环境中具有可靠的性能。此外，传感器的灵活性和可弯曲性使其能够适应人体的各种形态和运动，非常适合集成到智能可穿戴设备中，实时监测人体生理信号。通过这项研究，我们旨在推动智能可穿戴技术的发展和应用。

1.Yu, Z. et al. Cellulosic Nonwovens Incorporated with Fully Utilized MXene Precursor as Smart Pressure Sensor and Multi-Protection Materials. Advanced Functional Materials n/a, 2402707.

在此，我们报道了一种完全利用MAX的多功能可穿戴纺织品，它表现出出色的传感灵敏度、高效的EMI屏蔽性能和优异的抗菌活性。通过直接将金属离子Zn 2+引入MXene制造过程中，我们实现了耐氧化MXene和具有出色印刷适性和高导电性的MXene沉积物（MS）墨水的一步生产（方案 1a）。 Zn 2+插层 MXene 纳米片通过氢键在纤维素非织造布 (CNW) 表面形成均匀且高导电的传感电极。另一方面，沉积物中的 Zn 2+插层 MS 墨水使用简便快速的丝网印刷策略印刷在另一个 CNW 表面上，以构建叉指电极（方案 1b），从而充分利用上清液和沉积物经过MAX蚀刻工艺后，没有任何原材料浪费。在CNW上创建的传感电极和叉指电极分别用作传感器的传感层和电极层，通过其独特的多层多孔结构显着提高了灵敏度。由 CNW 和 MXene 定制的多功能可穿戴纺织品具有三个独特的优势： 1）添加 Zn 2+后，MXene 分散体可保持稳定长达 90 天，从而使组装的可穿戴压力传感器在长时间内保持高性能。期限（180 天）。 2）与单独使用MXene构建传感器（MAX的利用率通常低于20％）相比，创新的构建策略使MAX的利用率接近100％。 3) 卓越的多功能性包括出色的压力传感行为、高灵敏度 (2602.26 kPa −1 )、宽传感范围 (0–141 kPa)、循环稳定性 (>5000 次循环)、出色的 EMI 屏蔽性能 (57.5 dB) 和高效的光热/光动力疗法（PTT/PDT）抗菌活性。作为概念验证，我们还成功展示了传感器在监测人体运动（如脉搏和运动）和人机交互方面的优异性能（方案 1c）。由此产生的基于 CNW 的多功能可穿戴传感器与充分利用的 MAX 相集成，创造了一系列绿色、经济、智能的电子纺织品，在各种应用中具有巨大的潜力。

1.He, Y., Cheng, Y., Yang, C. & Guo, C. F. Creep-free polyelectrolyte elastomer for drift-free iontronic sensing. Nat. Mater. 1–8 (2024) doi:10.1038/s41563-024-01848-6.

先前对柔性压力传感器的努力主要集中在提高传感特性（例如，灵敏度30、响应时间40、工作范围38、信号线性度42和操作带宽43），而换能的准确性在很大程度上被忽视。对于基于聚合物的传感器，信号漂移是导致测量不准确的常见问题，特别是对于长时间高压下的应用。这项工作表明，合理设计的无泄漏和无蠕变聚电解质弹性体可以实现无漂移的离子电子传感。

PEE 的柔软性和无蠕变特性是平衡的——聚合物中通常使用短链来减少蠕变，但这会增加材料的刚度。我们的聚电解质弹性体表现出与常用的PDMS弹性体相当的高柔软度（ E ≈ 1.12 MPa）和高韧性（~300 J m - 2 ）。低蠕变弹性体已被研究，但这些材料不含离子33、44。当用作介电层时，传感器通常表现出低灵敏度。我们的聚电解质弹性体不仅无蠕变，而且比传统的软介电传感器具有更高的灵敏度。

聚电解质弹性体可以在可靠的电生理信号收集和应变传感方面得到应用。该材料预计是无毒的，因为离子被捕获在聚合物网络中。相比之下，由于离子泄漏，传统的离子凝胶很难用于连接生物组织和电极45。由于残余变形或响应延迟较低，PEE 的低蠕变和低滞后特性也非常适合机器人和人体的应变传感。

1.He, J. et al. Contactless User-Interactive Sensing Display for Human–Human and Human–Machine Interactions. Advanced Materials n/a, 2401931.

在这里，我们提出了一个单设备 CUISD 来满足所有上述要求。 CUISD 具有分层结构，由顶部的湿度感应水凝胶层、中间的交流电致发光 (ACEL) 层和底部的叉指多层银纳米纤维 (Ag NF) 电极组成。当指尖接近或来自人类呼吸时，水凝胶的电导率发生变化，触发 ACEL 的亚秒动态响应，从而促进非接触式传感和显示。使用优化的多层 Ag NF 电极有助于大规模制造具有良好拉伸性和鲁棒性的 CUISD。图案化的 ACEL 层能够以高空间分辨率实现湿度变化的多色动态可视化。通过利用 CUISD 可视化手指接近度并跟踪其位置的能力，演示了通过非接触式手指移动对遥控 (RC) 汽车的实时控制。此外，我们还设计了一种基于呼吸的智能面罩，通过将发光信号编码为摩尔斯电码或二进制代码，用于视觉人与人以及人与机器的交互，为运动障碍或双手被占用的用户提供替代交互路线。

1.Wu, W. et al. A flexible bimodal self-powered optoelectronic skin for comprehensive perception of multiplexed sensoring signals. Nano Energy 125, 109593 (2024).

模仿自然皮肤协同操作的多模态电子皮肤为下一代智能医疗、仿生科学和相关跨学科领域奠定了坚实的基础。然而，决定系统有效性的多通道功耗和融合信息的解耦复杂性仍然是巨大的挑战。在此，报道了一种具有垂直集成结构的双模型自供电光电融合系统，可实现机械和照明感知，从而能够同时监测人体运动信号和环境照明。该器件由 MAPbI 3 -PVA光电导层和基于 TENG 的传感器的聚四氟乙烯 (PTFE) 摩擦层组成，分别以脉冲电信号和连续电阻变化曲线的形式表征机械和照度信息。该双模型传感器在可见光照明范围内表现出最高的光电响应度64 mA/W和156 μW/cm 2的饱和输出功率。此外，器件的环境和机械稳定性得到了显着提高，这归因于包裹在钙钛矿晶粒中的PVA固有的柔韧性和亲水性。最后，将3×3双模型阵列贴在志愿者的颈椎上，通过监测不同光照条件下的表面张力分布，对运动姿势和环境照度进行分类，验证了应用场景的可行性和推广潜力。

1.Wang, X. et al. Fabrication of Flexible and Conductive Microneedle Array Electrodes from Silk Fibroin by Mesoscopic Engineering. Advanced Functional Materials n/a, 2311535.

本研究重点开发细观工程方法，特别是细观杂交和表面细观重建，以通过受控成核途径创建细观杂交 FMNA 电极。[ 12 ]首先，我们将研究介观杂交工程的机制。这涉及研究聚氨酯 (PU) 等大分子如何影响 SF 分子的模板成核。我们的探索将包括分析成核动力学和检查 SF-PU FMNA 电极的介观层次结构。[ 10 ]为了增强SF-PU FMNA电极的导电性，我们将采用表面细观重建工程。该过程包括将交联银纳米线 (Ag NW) 纳入 SF 和 PU 的混合网络中。混合交联机制依赖于银纳米线对 SF 分子的模板化成核。因此，SF 介晶网络的介观结构发生重建，Ag NW 嵌入到 FMNA 电极的 SF 表面基质中。 Ag NW 的加入赋予最终的 SF-PU FMNA 电极导电性。这种设计方法使 SF-PU FMNA 电极优于其他电极，具有非侵入性、高生物相容性、低接触阻抗和高 SNR。因此，SF-PU FMNA 电极非常适合在监测 ECG 和 EMG 信号期间甚至在体力活动期间长期佩戴（图 1）。

1.Wang, W. et al. A Breathable, Stretchable, and Self-Calibrated Multimodal Electronic Skin Based on Hydrogel Microstructures for Wireless Wearables. Advanced Functional Materials n/a, 2316339.

在这里，我们设计了一种仿生多模电子皮肤，由用于应变和温度传感的聚丙烯酰胺（PAM）/海藻酸钙（Ca-Alg）DN水凝胶纤维内层和用于湿度传感的PAM/卡拉胶（Car）DN水凝胶薄膜表层组成监测，多孔弹性体封装膜（PEEM）既充当基底又充当封装层（图 1a）。这种电子皮肤利用不同形状纤维应变敏感性的差异和PEEM的疏水性，突破了实现应变、温度和湿度任意两个参数自校准检测的瓶颈（图 1b-e）。与基于无孔弹性体封装膜 (NEEM) 的传统装置相比，PEEM 的引入使装置的透气性提高了大约四倍。此外，电子皮肤还具有高达100%的良好拉伸性，可以满足人类日常生活中可穿戴应用的所有需求。有趣的是，由于蛇形纤维和直纤维在X和Y方向上的应变敏感性是相反的，因此电子皮肤可以实现两个方向上的应变和温度的自校准感觉。

1.Tian, G. et al. Hierarchical Piezoelectric Composites for Noninvasive Continuous Cardiovascular Monitoring. Advanced Materials n/a, 2313612.

在这里，我们报道了一种基于异质分层压电复合材料的可穿戴传感器，用于连续采集血压和反映心血管参数，其精度与商用血压计相当。我们采用了一种可扩展的非平衡工艺，结合静电纺丝和热压，将 MXene 和氮化硼（BN）纳米片分层组装成聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-TrFE），在本工作中定义为 PT）基质。通过实验和模拟，分别从界面极化的角度揭示了所设计的分级压电复合材料的增强机制。利用其卓越的压电电荷系数（d 33 = 41.67 pC N -1）和电压常数（g 33 = 342.9 mV m N -1），开发的传感器表现出令人印象深刻的属性，包括高灵敏度（39.3 mV kPa -1）、快速响应时间（30.1 毫秒）以及卓越的保真度和稳定性。该传感器的综合优点使其能够有效监测血压，其精度可与商业仪器相媲美。此外，通过渐进传感阵列测量局部脉搏波速度（PWV），并通过临床多普勒超声进一步计算和验证相关心血管参数。根据这些结果，结合回归算法，提出了评估全天心血管功能的综合指数。这项研究提供了一种有效且易于使用的方法来监测血压和心血管参数，从而推进心血管疾病的个性化早期诊断和治疗。

1.Yang, Y. et al. High-throughput printing of customized structural-color graphics with circularly polarized reflection and mechanochromic response. Matter S2590238524001401 (2024) doi:10.1016/j.matt.2024.03.011.

在这里，我们展示了在从刚性玻璃和金属到柔性纺织品或电子产品的各种目标基材上高通量打印具有高亮度和色彩饱和度的手性结构彩色图形的总体策略。精心设计的可溶液加工的 CLC 分子墨水通过在甲苯溶剂中混合反应性液晶元、手性液晶元和扩链剂进行优化配制，用于微观自组装和宏观印刷。蒸发诱导自组装（EISA）动力学，即溶剂中的液晶分子通过马兰戈尼流移动并在墨水-空气界面处自组装，通过记录动态干燥过程，首次在显微镜下观察和阐明透明 CLC 分子墨滴的演变。使用所开发的CLC墨水，可以直接打印结构色线条，通过调节气动压力和打印速度来控制线宽。由线条融合形成的高分辨率结构色彩图形被证明表现出前所未有的圆偏振特性。多色圆偏振光子图案可以轻松地印刷在各种基材上，包括玻璃、塑料、硅片、金属和纸张。有趣的是，可以通过将 CLC 墨水直接印刷到高度可拉伸的弹性体薄膜上来开发机械致变色圆偏振光子图案，其中在印刷的结构色图案和弹性体薄膜之间的界面处建立牢固的共价键。机械变色光子图案可以进一步打印在先进的可拉伸电子器件上，通过视觉/电气双信号输出进行生物力学监测。本文公开的研究可以为高通量结构彩色打印技术的发展及其在仿生人造皮肤、人机交互等许多领域的前所未有的应用铺平道路。

1.Zhang, Y. et al. Kirigami-inspired, three-dimensional piezoelectric pressure sensors assembled by compressive buckling. npj Flex Electron 8, 1–11 (2024).

在这里，我们开发了一种具有 3D kirigami 结构的压电压力传感器。具有独特结构的传感器采用简单的几何形状设计，具有不同的灵敏度和不同的输出电压。与之前对3D柔性电子器件的研究不同，我们的研究将实验测试与有限元分析相结合，探讨3D结构设计和封装材料对基于PVDF的压电压力器件的灵敏度和输出电压的影响。此外，有限元模型可成功预测 3D 形状和输出性能。配备 3D kirigami 结构的传感器可应用于人体脉搏信号和足底压力测量，在长时间压力条件下表现出卓越的操作稳定性。本研究介绍了基于 PVDF 的压力传感器的高效 3D 设计概念，并提出了应对与柔性、可穿戴压力传感器相关的挑战的策略。

1.Zhou, B. et al. Large-Area Knittable, Wash-Durable, and Healable Smart Fibers for Dual-Modal Sensing Applications. Advanced Functional Materials n/a, 2404064.

下一代可穿戴电子产品非常需要具有电/光信号的基于光纤的多模态传感器。尽管在这一领域取得了显着进展，但同时在基于纤维的多模态传感器中实现大规模可编织、可清洗和自修复性能仍然是一个巨大的挑战。在这里，开发了一种基于氢键连接的多层核壳纳米结构的能够表现出压阻/发光特性的智能光纤。该设计的核心原理涉及在纤维层之间构建强大的界面相互作用，从而使传感器具有高灵敏度（计量因子 = 12383500）、出色的防水性和强大的自修复性能（拉伸强度 30.9 MPa，修复效率 72.9） %）。与传统的基于纤维的传感器（复杂的纳米结构在编织过程中容易脱落）不同，这种策略使具有优异可编织性的纤维传感器能够在织物中形成图案，从而提高光学和电学灵敏度。这项工作预计将为可穿戴电子产品和视觉人机交互电子设备的进一步发展做出重大贡献。

1.Lei, H. et al. Intelligent Tribotronic Transistors Toward Tactile Near‐Sensor Computing. Adv Funct Materials 2401913 (2024) doi:10.1002/adfm.202401913.

在这项工作中，开发了一种能够进行按压和滑动双模式感知的ATNSC单元。通过在摩擦电层表面引入多峰微结构，摩擦电触觉传感器表现出优异的机械性能，在0-10 kPa的压力范围内表现出0.98 V kPa -1的高灵敏度。此外，摩擦电触觉传感器的检测范围可达350 kPa，灵敏度为0.11 V kPa -1。此外，顶面的条纹状凸面结构可实现按压和滑动的双峰感知。此外，为了提高突触晶体管的性能和稳定性，采用了界面修饰方法。通过在明胶电介质表面涂覆疏水性薄层聚（2-乙烯基萘）（PVN），器件的沟道迁移率和环境稳定性均得到显着提高。最后，摩擦电触觉传感器和突触晶体管的集成展示了 HMI 系统中特征动作识别的功能，突出了在神经形态传感网络、智能交互设备和自供电仿生电子设备中的应用潜力。

1.Chen, Y. et al. Large‐Scale Flexible Fabric Biosensor for Long‐Term Monitoring of Sweat Lactate. Adv Funct Materials 2401270 (2024) doi:10.1002/adfm.202401270.

在这项工作中，我们设计了一种可穿戴汗液生物传感布系统，通过多点检测原位监测汗液中的乳酸，以实现日常生活中精确便捷的健康监测（图 1a）。具有纳米级和微米级对齐通道的电极可以帮助在电聚合过程中在纤维和MIP之间形成牢固的界面，并通过多尺度通道快速渗透溶剂（图1b）。以乳酸为范例，织物生物传感器可以检测10 µ M至25 m M范围内的乳酸，灵敏度高达109.6 nA · (lgC) -1 (µ M )。与基于平面结构的汗液乳酸实时分析相关的传统传感器相比，[18,7,22]我们的织物生物传感器因其透气性以及对湿气和汗水的渗透性而脱颖而出。令人印象深刻的是，织物生物传感器表现出原位长期可用性，经受了超过 400 次汗液乳酸测试（图 1c），这标志着传统 MIP 传感器的重大改进（图 1c；表S1，支持信息）。[ 23-28 ]良好的稳定性是纤维电极内部多尺度通道的结果，允许在MIP和电极之间开发增强的可靠界面。

1.Hailegnaw, B. et al. Flexible quasi-2D perovskite solar cells with high specific power and improved stability for energy-autonomous drones. Nat Energy 1–14 (2024) doi:10.1038/s41560-024-01500-2.

在这里，我们展示了超薄、超轻的准二维钙钛矿太阳能电池（PSC），其采用α- R（+）-甲基苄基碘化铵（MBAI）作为其关键的大有机阳离子添加剂。由此产生的器件在其他不含透明导电氧化物 (TCO) 的单结钙钛矿太阳能电池中具有出色的开路电压 ( V OC )，高于 1.15 V，PCE 高达 20.1%，功率密度为 44 W g −1（平均 18.1% 和 41 W g − 1）。这些器件直接在超薄但高阻隔的无定形氧化铝涂层聚合物基材上制造，具有出色的环境稳定性和机械弹性。为了展示升级的可行性和潜力，我们组装了“ Solar Hopper ”，这是一款手掌大小的四轴飞行器无人机，配备了首个超轻型能量收集模块，该模块由 24 个单独的超轻型 PSC（1 -cm 2每个有效面积）。这种概念验证的超轻型能量收集模块使四轴飞行器能够在飞行-充电-飞行循环中进行能量自主操作，无需系留充电和延长飞行时间。

1.Dai, J. et al. Anisotropic Elastomer Ionomer Composite-Based Strain Sensors: Achieving High Sensitivity and Wide Detection for Human Motion Detection and Wireless Transmission. ACS Sens. (2024) doi:10.1021/acssensors.4c00274.

在这种背景下，我们提出了一种开发各向异性可穿戴应变传感器的简单策略，采用咪唑烷基化溴化丁基橡胶离聚物（iBIIR）作为软传感器基质，因其固有的生物相容性和优异的抗菌性能。(25)为了诱导各向异性，将各向异性碳纳米管 (CNT) 纳入 iBIIR 基质中，并通过冷冻铸造方法排列。同时，引入了低维球形导电炭黑（CCB）以进一步提高传感器的灵敏度。由此产生的 iBIIR 传感器具有高强度、极高的断裂伸长率和广泛的监测范围。重要的是，该传感器在平行和垂直填料排列方向上表现出不同的响应灵敏度。这一功能对于扩展柔性可穿戴传感器在人体运动和健康领域的监测能力具有重大意义。

1.Lee, Y. et al. Liftoff of a soft-actuated micro-aerial-robot powered by triboelectric nanogenerators. Nano Energy 126, 109602 (2024).

在这里，我们开发了一种紧凑耐用的 TENG，为高压和高功率 MAV 提供动力。我们提出了一种面内电荷泵 (ICP) 设计（图 1 b），该设计可大幅提高 TENG 输出电压和功率，而无需单独设置电荷泵。与传统的独立式 TENG 相比，我们的新型发电机可以产生高 280% 的电压和 920% 高的能量。当该TENG连接到倍压器和储能电路时，它可以为DEA驱动的扑翼空中机器人提供动力（图1c）。这款 160 毫克仿生 MAV 在 1540 V 和 400 Hz 下运行（图 1d），起飞时可提升 144 毫克有效载荷。这一结果代表了由 TENG 实现的首次 MAV 升空演示（图 1 e），凸显了高压能量收集器无需电池和升压电子设备的优势。

1.Wang, M., Li, L. & Zhang, T. Hysteresis-free, fatigue-resistant and self-adhesive conductive hydrogel electronics towards multimodal wearable application. Nano Energy 126, 109586 (2024).

1.Chen, K. et al. Ultra‐Large Stress and Strain Polymer Nanocomposite Actuators Incorporating a Mutually‐Interpenetrated, Collective‐Deformation Carbon Nanotube Network. Advanced Materials 2313354 (2024) doi:10.1002/adma.202313354.

在此，我们报告了一种集体策略，从三维 (3D) 独立式 CNT 海绵[ 17 ]开始构建基于 SMP 纳米复合材料的执行器。通过将互穿、稳定且可集体变形的 CNT 网络纳入 SMP 基体，我们观察到了一些新现象，包括 CNT 和 SMP 之间的强相互作用以及促进聚合物链取向。作为一种独特的 SMP，聚脲[ 18 ] (PU) 具有卓越的拉伸性和加工性，有助于轻松与 CNT 海绵结合，并表现出高应变输出的巨大潜力。与大多数其他SMP不同，它具有在室温下通过外力进行形状编程的独特能力，从而消除了繁琐的温度循环[ 42 ]和复杂的预处理的需要。 [ 43 ]特别是，纳米复合材料产生的协同效应对机械性能和驱动性能产生重大影响。因此，我们的结果表明，驱动应力有明显的增强趋势，在预应变增加至 300% 时，驱动应力达到 19.5 ± 0.97 MPa，并且通过热驱动，驱动应变高达 69%，可变形性得到良好保持，从而提供了显着的增强性能。做功高达823.9 J kg -1，2秒内快速响应。此外，掺入互穿碳纳米管骨架不仅能够实现电驱动，产生12.6 MPa的输出应力，而且还赋予纳米复合材料可以在相对较低的温度（低于60°C）下驱动的性能。利用这些优势，我们进一步探索了PU&CNT复合执行器在生物领域（血管支架和伤口敷料）的潜在应用。

1.Lu, H. et al. Intelligent perceptual textiles based on ionic-conductive and strong silk fibers. Nat Commun 15, 3289 (2024).

在这项工作中，我们制备了一种高强度、导电且稳定的丝素蛋白基离子水凝胶（SIH）纤维，并实现了能够精确检测外部危险和人体触摸的智能感知纺织品的制造。 SIH纤维由天然丝素蛋白、离子液体([Emim]BF 4 )和甘油组成，通过连续湿法纺丝工艺制备。它具有类似于天然蚕丝的半结晶和定向结构，具有4 MPa的高拉伸强度，通过后拉伸可进一步提高至55 MPa。 SIH纤维还具有高达530%的显着延展性，是天然蚕丝（~25%）的20倍以上，这可归因于离子液体[Emim]BF 4、甘油和水的增塑作用。重要的是，[Emim]BF 4的加入赋予SIH纤维稳定且高的离子电导率，高达0.45 S·m –1。此外，我们还展示了SIH纤维在感知纺织品中的应用。集成SIH纤维的电路可以对火燃烧、水浸、尖锐物体切割、手指触摸等刺激表现出瞬时和特征响应，赋予基于SIH纤维的智能纺织品提供保护的传感能力。此外，我们证明了设计的感知纺织品能够精确、具体地检测触摸的发生和位置。因此，成功制备具有本征离子导电性和优异机械性能的蚕丝纤维将促进蚕丝纤维的功能化和利用的重大进步。此外，开发能够专门准确地定位人体触觉的感知纺织品将彻底改变人机界面，提供卓越的灵活性和舒适性，为人类的智能生活带来极大的便利。

1.Chen, Y. et al. Implantable Resistive Strain Sensor-Decorated Colloidal Crystal Hydrogel Catheter for Intestinal Tract Pressure Sensing. ACS Appl. Mater. Interfaces (2024) doi:10.1021/acsami.4c04817.

在这项研究中，我们的目标是使用装饰有胶体晶体水凝胶导管的植入式电阻应变传感器来解决相关问题。具体来说，我们将具有强湿组织粘附力的水凝胶材料引入肠道蠕动应力传感器的设计中，以实现肠道内湿组织的可靠粘附。同时，通过使用反蛋白石结构水凝胶构建水凝转移管系统，该系统表现出优异的导电性、粘附性、柔韧性、弹性和生物相容性。这些特性使传感器能够高效稳定地在人体组织和传感器之间建立传感界面，从而直接从人体肠道内部获得高质量的电应激信号。

1.Bai, J. et al. Coin-sized, fully integrated, and minimally invasive continuous glucose monitoring system based on organic electrochemical transistors. Science Advances 10, eadl1856 (2024).

在这里，我们推出了一款基于OECT技术的可穿戴CGM（OECT-CGM），专为下一代精准糖尿病医疗保健而定制。这种紧凑、硬币大小、完全集成的无线 OECT-CGM 系统包含以下关键要素：(i) OECT 作为葡萄糖生物传感器，用于现场信号放大； (ii) 微针阵列作为 ISF 采样的微创桥； (iii) 一种坚固的、粘性的、载酶的水凝胶，以改善皮肤-设备界面并增强传感可靠性。这些组件被包装成一个硬币大小的实体，通过与电化学晶体管个性化电子阅读器（PERfECT）（56）的集成来促进。与基于电化学传感技术的传统 CGM 系统相比，OECT-CGM 可以提供改进的抗噪声能力以及按需可调的灵敏度和分辨率，这对于可穿戴应用至关重要。提出了一种自校准方法来帮助评估 OECT 传感器的实时状况。最后，我们证明了 OECT-CGM 系统在体外和体内监测血糖水平的可行性。

1.Li, S. et al. Bioresorbable, wireless, passive sensors for continuous pH measurements and early detection of gastric leakage. Science Advances 10, eadj0268 (2024).

在这里，我们报告了一系列材料和设备架构，这些材料和设备架构在利用无源模拟无线通信方案的完全生物可吸收系统中支持快速响应时间的 pH 无线传感。用 pH 敏感的叔胺基团对聚乙二醇聚合物主链进行功能化，可产生高度选择性的 pH 响应性水凝胶，该水凝胶既可生物降解，又具有机械强度。这种材料充当电感电容 (LC) 谐振电路的支撑矩阵，可有效地将尺寸变化转换为谐振频率的变化，其幅度可以通过与外部读取设备的电感耦合来精确量化。力学模拟指导选择水凝胶和电路元件（特别是电感器）的最佳几何形状。动物模型和体外设置的系统实验验证了该装置的所有属性，可连续监测 pH 值的变化。组织学研究以及血液化学和全血细胞计数分析确定了该技术的生物相容性和生物可吸收性。

1.Zhu, L. et al. Hierarchical Structure by Self‐sedimentation of Liquid Metal for Flexible Sensor Integrating Pressure Detection and Triboelectric Nanogenerator. Adv Funct Materials 2400363 (2024) doi:10.1002/adfm.202400363.

在本文中，我们提出了一种多功能柔性传感器，它将压力传感和 TENG 无缝集成，如图1 所示。该传感器呈现三明治结构：上下层包含具有分层结构的PDMS/LM薄膜，而中间层包含基于PDMS/CNT的多孔介电层，具有spinosum启发的阵列结构。首先，将 PDMS、CNT 和氯化钠的混合物倒入 3D 打印模具中，然后进行热固化。通过将牺牲颗粒溶解在离子水中获得多孔介电层，该过程以其简单、成本效益和环境友好而闻名。通过LM重力诱导沉降法制备了具有分级结构的PDMS/LM薄膜。该薄膜充当压力传感器的柔性电极，同时充当 TENG 的单电极模式。由于PDMS/CNT介电层的表面微结构和多孔结构的协同效应，传感器在压力范围（0-100 kPa）内对压力具有高灵敏度和稳定性的响应，快速响应时间为80 ms。此外，基于摩擦起电和静电感应的耦合，PDMS/LM薄膜可以成为动态力的自供电传感器，并通过与电容压力传感集成来实现材料识别。这项研究为多模态传感器的制造提供了一种有前途的策略，并为未来交互式电子皮肤系统的开发提供了可能性。

1.Xu, Z. et al. Surface Energy‐Assisted Patterning of Vapor Deposited All‐Inorganic Perovskite Arrays for Wearable Optoelectronics. Advanced Science 2402635 (2024) doi:10.1002/advs.202402635.

在这项工作中，我们重点研究表面能对气相沉积过程中成核和生长的影响，并提出了一种用于制造全无机钙钛矿薄膜阵列的表面能辅助图案化和气相沉积（SEAPVD）策略。通过表面处理调节不同区域的表面能，可以在设计的图案、分辨率和尺寸上沉积全无机钙钛矿薄膜。钙钛矿薄膜阵列在空气中保存1个月后表现出优异的稳定性。此外，我们的方法制备的基于钙钛矿的光电探测器阵列表现出优异的光电性能，开/关比高达13 877，响应速度快（0.81 /2.03 ms），在高湿度环境下可长期耐受12 h。它可以作为柔性脉搏监测系统中的传感元件，实现在休息时、运动后以及连续佩戴12小时后稳定的脉搏监测，并且可以用0.055 mW cm的弱光源强度监测脉搏信号- 2 .这种方法可以精确控制高质量的全无机钙钛矿薄膜阵列，在集成可穿戴光电器件中具有潜在的应用前景。

1.Wang, W. et al. Fully Polymeric Conductive Hydrogels with Low Hysteresis and High Toughness as Multi‐Responsive and Self‐Powered Wearable Sensors. Adv Funct Materials 2316346 (2024) doi:10.1002/adfm.202316346.

基于上述阐述，本文报道了通过一锅一步法构建全聚合水凝胶作为多响应和自供电可穿戴传感器，具有高强度、高韧性、低滞后、良好的导电性和优异的粘附性。 AAm、三个羟基一起聚集的 THMA 和溶解在核壳结构分散的 PEDOT:PSS 溶液中的阳离子 IL 的热引发聚合。丰富的聚集氢键、PILs链与阴离子PSS壳之间的静电相互作用以及备用链缠结赋予水凝胶高拉伸强度（0.25 MPa）、高韧性（1.22 MJ m -3）、高拉伸性（1013%），极其优异的性能。低滞后（<5%）、高拉伸应力恢复（98.5%）和优异的粘合性能（皮肤组织40 kPa）。此外，ILs和THMA的引入不仅有效提高了水凝胶的力学性能，而且赋予CHs高电导率（1.21 S m -1）、优异的传感精度和短的响应时间。因此，CH被合理地设计为具有多种响应（应变、压力等）的智能可穿戴传感器，以精确监测大的（例如手指、手腕、肘部和膝盖的弯曲）和微小的（例如呼吸、吞咽，并说）人体运动，在 100% 应变和 25 kPa 压力下进行 1000 个恒定加载-卸载循环期间，还显示出极其稳定的电响应。此外，CH可以作为可拉伸的柔性电极来制造高性能的软TENG，从而实现有效的能量收集和电荷存储以激励可穿戴电子产品。这项工作将极大地补充具有优异综合机械性能和多功能集成的导电水凝胶的设计研究，极大地拓宽其在智能软电子和可穿戴自供电传感器中的实际应用。

1.Zhan, W. et al. Flexible human-machine interface touch system based on double-network solid-state ionic conductive elastomers. Chemical Engineering Journal 489, 151468 (2024).

在本研究中，我们开发了一种基于双网络固态ICE的灵活人机界面触摸系统，由经济的商用热塑性聚氨酯（TPU）和聚乙二醇（PEG）组成（图1a，b）。 TPU和PEG之间形成的复杂的拓扑网络结构不仅增强了弹性体的机械完整性，而且有利于Li +的迁移。此外，丁二腈（SN）的整合改善了Li + 的电离和扩散，显着提高了离子电导率。通过有效结合聚合物盐和双网络结构策略，我们不仅有效解决了长期以来机械鲁棒性和离子电导率之间的权衡问题，而且实现了成本效益、机械鲁棒性和离子电导率之间的和谐平衡ICE 的特性。开发的触摸系统支持从“点”到“线”，最终到“面”交互的一系列应用（图1c）。具体来说，该技术具有多种应用，包括医院通信系统中基于“点”的柔性触摸按钮、用于无级声音控制的基于“线”的柔性触摸条以及适用于平面和曲面的“面”柔性触摸板表面。

1.Liu, L. et al. Highly Stretchable and Multimodal MXene/CNTs/TPU Flexible Resistive Sensor with Hierarchical Structure Inspired by Annual Ring for Hand Rehabilitation. ACS Sens. (2024) doi:10.1021/acssensors.4c00164.

在这项工作中，我们在多孔 TPU 纳米纤维薄膜上超声涂覆高纵横比（约 5000）的 1D CNT 和 MXene 的 2D 片，以构建 3D 导电网络。然后通过简单且可扩展的扭转技术将复合薄膜卷起并扭转成弹簧结构，以获得横截面为年轮形状的分层导电网络。导电网络形成的岛桥结构有利于大应变下的稳定传感。虽然弹簧结构可以显着拓宽传感器的变形范围，但结构设计同时改善了两个性能。 MXene/CNT/TPU 柔性电阻传感器 (MCT/FRS) 提供高达 700% 的宽工作范围、出色的传感稳定性、长期耐用性（50% 应变下 7500 次循环）以及出色的单调性。我们研究了扭转过程以及导电材料的浓度和比例等参数对机电性能的影响，探索了其在拉伸和压缩模式下的性能，并分析了其微观结构演化机制。最终，MCT/FRS 被应用于健康监测以及格林-巴利综合征患者的手部康复治疗。通过精确捕捉手部活动来量化患者的康复状况，使医生能够及时调整治疗计划。显然，这些应用展示了MCT/FRS在下一代智能医疗中的突出潜力。

1.Cao, C. et al. Liquid Metal‐Enhanced Highly Adhesive Electrodes for Multifunctional Epidermal Bioelectronics. Adv Funct Materials 2403671 (2024) doi:10.1002/adfm.202403671.

在这里，我们报告了一种生物相容性LM电极，通过引入脲基嘧啶酮（UPy）改性的阳离子聚合物，该电极具有多种特性，包括高电导稳定性、可回收性和1.5-8.9 MPa的广泛可调粘附强度。借助动态 LM 颗粒-聚合物网络，LM 颗粒可以形成渗透网络，从而在低 LM 负载量 (38 vol%) 下获得高电导稳定性（100% 应变下的R/R 0 = 0.76）。此外，LMs和聚合物网络之间的非共价交联增加了UPy 8 -PEI的内聚力，从而显着提高了粘附强度，并且在不同的UPy或LMs含量下，粘附强度在很宽的范围内可调。高粘附力为刚性设备提供了可靠的接口，与表面贴装电阻器集成时可实现 1154% 的高拉伸性。利用其可调节的粘附力和良好的生物相容性，所制备的LM电极具有独特的创可贴设计，可以与皮肤形成稳定的连接，并提供有效、舒适的方式来加速伤口愈合。

1.Ma, C. et al. Compliant and breathable electrospun epidermal electrode towards artifact-free electrophysiological monitoring. Chemical Engineering Journal 490, 151118 (2024).

在这里，我们提出了一种透气、保形、可生物降解和在皮肤上生物相容性的表皮电极，该电极是通过静电纺丝亲肤性羟丙基甲基纤维素（HPMC）、聚环氧乙烷（PEO）和聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯的混合物制成的磺酸盐（PEDOT：PSS）。此外，集成的银基叉指电极是通过通用且低成本的丝网印刷技术制造的，避免了恶劣的反应条件和有毒试剂。所得电极（以下简称HPP电极）表现出优异的电导率（212 S⋅m -1）和高水蒸气透过率（20和37 °C时分别为57和∼102 g·m -2 ·h -1 ）），特别是由于其超薄（∼18 μm）和超轻（∼0.67 mg/cm 2）特性以及多重界面非共价键合，保持了与皱纹皮肤的优异贴合性。此外，我们验证了 HPP 电极表现出更低的接触阻抗，即使在出汗的情况下也能实现高水平的肌电图和心电图信号记录，而不会感觉到界面劣质，与商用 Ag/AgCl 凝胶电极相比具有竞争优势。通过快速傅里叶变换获得的 HPP 电极的时频谱可以精确观察波形特征，清楚地表明运动伪影噪声的微不足道的频率特征。作为概念验证，通过在任意弯曲皮肤表面上的 HPP 电极接口实现无线便携式读出系统的实质性进展，实现了多用户界面上的实时信号记录，旨在早期诊断健康状况。此外，组装好的电极在很大程度上防止了电子污染，在自然土壤中埋藏 21 天后，电子污染就会被物理降解。市售的导电聚合物HPMC和PEO经过精心使用，无需进行基材改性或复杂的化学合成，有望快速广泛地应用于商业电子设备中。总体而言，这项工作提供的强大性能和制造可行性为可穿戴健康监测、人机交互、虚拟/增强现实和许多其他应用铺平了道路。

1.Yang, Z. et al. Self‐Powered Biomimetic Pressure Sensor Based on Mn–Ag Electrochemical Reaction for Monitoring Rehabilitation Training of Athletes. Advanced Science 2401515 (2024) doi:10.1002/advs.202401515.

使用智能可穿戴设备进行自供电压力检测是人们广泛关注的主题，旨在满足长时间不间断操作的关键需求。当前的压电和摩擦电传感器可以很好地响应动态刺激，而忽略静态刺激。本研究提出了一种双响应电位压力传感器，可响应动态和静态刺激。所提出的传感器利用叉指电极，以MnO 2 /碳/聚乙烯醇(PVA)作为阴极，导电银浆作为阳极。电解质层包含 PVA 和磷酸的混合水凝胶。优化的叉指电极和水凝胶电解质的砂纸状微结构表面有助于增加电解质和电极之间的接触面积，从而有助于提高性能。该传感器具有 0.927 V 的开路电压、6 µA 的短路电流、14 mV/kPa 的更高灵敏度以及出色的循环性能（>5000 次循环）。它可以准确识别字母书写并启用电容器充电和 LED 照明。此外，还提出了采用所提出的传感器的数据采集和显示系统，有助于监测运动员的康复训练，以及有效指导康复行动的机器学习算法。这项研究为智能可穿戴设备的未来发展提供了新颖的解决方案。