電子皮膚（Electronic-skin）即新型可穿戴柔性仿生觸覺傳感器，是一種用于實現仿人類觸覺感知功能的人造柔性電子器件。利用傳感器技術、微機電技術和新材料技術制作的能夠模仿人體皮膚保護、感知、調節等功能的柔性電子系統。電子皮膚通過在柔性襯底上制作敏感電子器件，模擬人類皮膚的傳感功能，以期達到甚至超越皮膚的傳感性能，從而在機器人、人工義肢、醫療檢測和診斷等方面展現應用前景。隨著信息技術的不斷進步，人們希望傳感器件可以舒適地穿戴在身上，或者直接貼附在皮膚表面，從而能夠獲得血壓、血糖、脈搏等一系列健康信息，并將這些信息收集到智能設備中，分析提取，幫助醫生進行診斷，這對發展高性能的柔性傳感器帶來更大機遇和挑戰。

從上個世紀七十年代以來，應用于電子皮膚的觸覺傳感器器件就引起了研究者的廣泛關注，具有觸覺回饋系統的假肢以及電腦觸屏相繼問世。然而,目前電子皮膚卻很少有走出實驗室、真正佩戴在用戶身上的產品。現有的電子皮膚系統使用時間不夠長，單價較貴，使用成本過高，難以將其推廣到普通群眾中廣泛使用。

為此，依托于中國科學院半導體研究所的柔性傳感與系統集成技術課題組，在課題組長沈國震研究員的帶領下，通過設計多種結構和功能的無機半導體低維納米結構，結合傳統的微電子加工工藝，針對柔性傳感集成及電子皮膚領域中的熱點難點問題進行了一系列的研究工作。

沈國震團隊成功研制出一種基于石墨烯材料的新型柔性觸覺傳感器，實現了類似人體皮膚功能，可快速感知微小壓力變化，從而構筑了具有高靈敏度和高穩定性的人造仿生電子皮膚。通過與解放軍301醫院合作，這種仿生電子皮膚已經被嘗試應用在醫學領域，通過對人體說話時喉部肌肉群運動產生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析，初步實現了語音識別和人體不同生理狀態的準確檢測，有望在語音輔助輸出系統、人體健康評價和疾病前期診斷方面獲得廣泛應用。同時，為了進一步模擬人體觸覺感覺，更加準確的模仿自然皮膚的觸覺感知特性，課題組還研制了基于聚合物中空球納米材料的超薄高密度、大尺寸高像素超薄柔性壓力傳感器陣列，這種超薄可拉伸的器件能夠與人體皮膚完美結合。這種柔性壓力傳感器陣列的成功研發，使得這種新型的可穿戴式電子皮膚能夠更加準確的模擬人體對外部壓力的觸覺感知。

此外，沈國震課題組利用多功能導電纖維集成了具有十通道電路的電子數據手套，該智能數據手套能夠通過監測手指關節的運動來識別各種手勢變化，實現了柔性傳感技術在可穿戴實時監測和人機交互等領域的應用功能。相信這種基于導電纖維的數據手套在類人機器人的運動監測、可穿戴健康監測設備、聾啞人交流的輔助設備等領域也具有巨大的應用前景，將為推進柔性電子設備、可穿戴傳感技術和人體健康監測等智能系統的發展提供新的思路。

值得一提的是，要實現電子器件系統的全柔性化，其儲能單元的柔性化是必不可少的一步。團隊利用簡單高效的模塊化微加工工藝，將一種復合石墨烯纖維分別制成四種平面模塊單元，分別起到壓力傳感器、光電探測器、氣體傳感器以及微型超級電容器的作用。它們被集成到類皮膚柔性材質上，形成自供電的多功能電子皮膚系統，可以檢測人體生理體征和周圍環境的變化。在具體的測試中，能量密度可達0.071 mWh/cm3的柔性超級電容器模塊實現了為系統提供較為穩定的電流輸出的功能；壓力傳感器可以感知外界觸碰、手腕脈搏、喉嚨發聲和心跳；光電探測器可以感知環境的亮度變化；而氣體傳感器可以探測到毒性有機氣體的濃度。

不僅如此，紫外成像技術在犯罪偵查、漏油探測、火災監控以及高壓線路檢測等領域有著廣泛的應用。團隊采用在單晶Zn2SnO4納米線表面修飾ZnO量子點的方法，成功地研制出一種同時具備高光電導增益、低暗電流和快響應速度等特點的柔性紫外圖像傳感器。該器件制作在柔性PET薄膜襯底上，具有優異的可彎曲性和機械穩定性。由于Zn2SnO4納米線和ZnO量子點之間形成了II型異質結，使得其光電導增益高達1.1*107，比探測率為9.0*1017Jones，響應時間僅為47 ms。此外還進行了理論模擬，結果與實驗數據相吻合。在彎曲條件下，所研制的柔性紫外圖像傳感器能夠有效的對紫外圖像進行感應并重現，證明了其在高性能柔性紫外成像方面的潛在應用。

沈國震團隊有助理研究員兩名，博士生9人，碩士生6人，團隊的上述項目得到了國家自然科學基金、北京市自然科學基金以及中科院前沿科學重點研究項目的支持。

沈國震：中國科學院半導體研究所研究員，博士生導師，國家杰出青年基金獲得者。長期從事低維半導體材料與相關柔性器件的研究工作。

（編輯：小智）