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近日， 美國科羅拉多大學波爾得分校研究人員開發出一種新型“電子皮膚”，它具有延展性，可自我修復，可完全回收，可應用於一系列領域，例如：機器人、 義肢 、生物醫電裝置。
背景
電子皮膚是一項新興的前沿技術，也稱為“ e-skin ”，它由 輕薄 、半透明、彈性的材料製成，可以模仿人類皮膚的功能和機械特性 。 時下，科學界越來越多地註意到電子皮膚在醫療、科學和工程等領域的價值，因此全球許多的科研實驗室都在開發各種各樣的電子皮膚。 之前的文章中，筆者也介紹過有關電子皮膚的多個創新成果。
1） 日本東京大學開發出 一種 光電子皮膚 （oe-skins） ，它耐用、可彎曲的、輕薄（厚度只有保鮮膜的四分之一），可穿戴在皮膚上顯示血氧等級。
（圖片來源：東京大學）
2）沙特阿卜杜拉國王科技大學扭動的 智能線 ，可以編織進 壓敏的 “電子皮膚”，可以用於新式衣服，機器人和醫學假肢。
（圖片來源：阿卜杜拉國王科技大學）
3） 中國哈爾濱工業大學的研究人員研製出一種 帶有毛髮的電子皮膚 ，它不僅能夠檢測空氣流動，還能夠檢測材料性能，而且也具有很好的抗損傷力，在智能機器人和環境感知等方面有著巨大的應用潛力。
（圖片來源： 美國化學學會網站 ）
4） 韓國和美國科學家領導的國際科研團隊開發出 一種 新型電子皮膚微系統 ，它可以監測心率、呼吸、肌肉運動和其他健康數據，並可將數據無線發送至智能手機。 相對於現有的健康追踪器，這種電子皮膚的獨特之處在於“三維佈局”，使得它的柔性更好、尺寸更小。
（圖片來源： 大邱慶北科學技術院 ）
5） 中國華中科技大學的研究人員 開發出一種由 警報水母啟發的電子皮膚 ，如果給它施加的壓力足以引發傷害，它就會發光。
（圖片來源：ACS）
創新
近日，美國科羅拉多大學波爾得分校研究人員開發出一種新型“電子皮膚”，它具有延展性，可自我修復，可完全回收，可應用於一系列領域，例如：機器人、義肢、生物醫電 裝置。
（圖片來源： Jianliang
Xiao / 科羅拉多大學波爾得分校 ）
科羅拉多大學波爾得分校 的助理教授 Jianliang
Xiao 與該校化學和生物化學副教授 Wei Zhang 一起合作領導了這項研究 。 這項研究的相關論文發表於《 Science Advances 》雜誌，論文的合著者包括：機械工程專業的 Zhanan Zou 和 Yan Li、化學和生物化學專業的 Chengpu Zhu 和 Xingfeng Lei。 這項研究受到了美國國家科學基金會的一部分贊助。
技術
Xiao 表示，科羅拉多大學波爾得分校 研發的這種新型電子皮膚中嵌入了傳感器，這些傳感器可以測量壓力、溫度、濕度和氣流。 這種電子皮膚含有新型共價鍵動態網絡聚合物： 聚酰亞胺 （ polyimine ）， 連接著銀納米顆粒，因此具有更好 的機械強度、化學穩定性和導電性。
（圖片來源： 參考資料【2】 ）
（圖片來源： 參考資料【2】 ）
（圖片來源： 參考資料【2】 ）
Zhang 說，許多人都熟悉電影《終結者》，電影中 大反派 的皮膚，在受到槍擊、打擊和撞到後，幾秒鐘內就可以自我癒合。 但是這種新工藝趕不上電影的效果，電子皮膚以及傳感器受傷或者斷裂後的癒合，需要使用處於乙醇中的三種商用成分。
科羅拉多大學波爾得分校 開發的這種新型電子皮膚另外一項優勢就是，通過向它施加適度的熱量和壓力，而無需過度的壓力，它就可以輕易地貼合到彎曲的表面上，例如人體手臂和機器手。
為了回收皮膚，該裝置被浸泡到可回收的溶液中，讓聚合物可以降解為低聚物（通常是指聚合度低於10的聚合物）和 單體 （可以連接在一起形成聚合物的小型分子），它們可以溶解於乙醇中。 而銀納米顆粒下沉到溶液的底部。
Xiao 表示：“然後，這種可回收的溶液和納米顆粒可用於製造新的功能性電子皮膚。”
價值
Xiao 表示：“這項研究獨特之處 ，我們使用的聚酰亞胺 的化學鍵使得電子皮膚可以在室溫下自我癒合並完全可回收。 全世界範圍內每年產生幾百萬噸的電子垃圾，我們的電子皮膚的可回收性將帶來很好的經濟和環境效益。 ”
Zhang 表示：“比如，你想要一個機器人照顧嬰兒，你就可以將電子皮膚集成到機器人手指上，讓它可以感知嬰兒的壓力。這個創意旨在通過具有期望功能的電子皮膚，嘗試模擬生物皮膚 。”
參考資料
【1】https://www.colorado.edu/today/2018/02/09/new-malleable-electronic-skin-self-healable-recyclable
【2】 Zhanan Zou, Chengpu Zhu, Yan Li, Xingfeng Lei, Wei Zhang, and Jianliang Xiao. Rehealable, fully recyclable, and malleable electronic skin enabled by dynamic covalent thermoset nanocomposite . Science Advances , 2018; DOI: 10.1126/sciadv.aaq0508
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