深度探究碳材料的3D打印柔性触觉传感器

在过去几十年中，电子皮肤因在智能机器人、健康监测、可穿戴设备和人机交互方面具有广阔的应用前景而备受全球瞩目。

所谓的电子皮肤，即通过电学信号的集成与反馈来模拟人体皮肤感受外界刺激（压力、温度、湿度）的新型电子器件。在电子皮肤的各种感知功能中，触觉感知功能尤为重要。

近日，来自中国科学院上海高等研究院的团队在基于碳材料的3D打印柔性触觉传感器件的研究中取得重要进展。团队研究成果以“A Highly Sensitive Flexible Tactile Sensor Mimicking The Microstructure Perception Behavior of Human Skin”为题发表在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

论文通讯作者为中国科学院上海高等研究院曾祥琼研究员，第一作者为上海高等研究院的王海航博士。该工作获得了上海市自然科学基金项目的资助。

在这项最新的研究中，研究团队通过模拟人体皮肤的结构和传感机制，创造性地将聚二甲基硅氧烷（PDMS）微球与石墨烯相结合，设计了一种具有指纹微结构的新型多功能电子皮肤；提出了一种石墨烯-PDMS微球油墨3D打印制备柔性传感器的方法。

具体的打印原理为，研究团队利用乳化的方法制备PDMS微球，并且通过利用未交联的PDMS-石墨烯混合溶液对PDMS微球形成包覆；制备的石墨烯-PDMS微球油墨可以通过喷头挤出形成三维立体结构，并通过热固化成型。

研究团队通过传感性能研究发现，构建的电子皮肤传感器不仅对压力具有灵敏响应，而且能有效反馈摩擦力的大小；利用传感器这一特性可以区分出具有不同微米级粗糙度的表面，从而实现对物体表面的微观形貌、硬度等信息的有效区分和识别。

通过风载实验，研究团队进一步验证了所构建的石墨烯-PDMS微球触觉传感器对气体等流体也具有有效的响应。

上述研究结果表明，团队所构建的石墨烯-PDMS微球触觉传感器不仅可以用于对不同粗糙度表面的检测，而且还可用于气流监测、声音检测等。

研究团队认为，这项工作为可穿戴式传感提供了新途径，为电子皮肤的发展提供了新思路。

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c04079

编辑：jq