电子皮肤让触觉更真实

保证电子均匀平铺在柔性材料中

“电子皮肤是将高柔性与高导电性材料结合在一起，成为复合材料，才能成为有‘触觉’的电子皮肤。”王华涛在接受《中国科学报》记者采访时表示。在材料学中，具备柔性特点的高分子材料很多，包括橡胶、硅胶等；同样具备导电的材料也很多，比如各种金属材料、石墨、半导体等。
“但既导电又具有柔性的材料却寥寥可数，关键点在于这些导电材料在柔性材料里无法均匀分散，使得导电性和柔性无法兼得。”王华涛课题组通过多年的不断积累，现在已经掌握了将石墨烯、石墨纳米片等导电材料均匀分散到柔性高分子体系里的技术，因此获得了既有高柔性又高导电的复合材料，正是基于这种高柔性、高导电的复合材料，才进一步拓展到电子皮肤这个研究领域上。
说起来容易，做起来难。“将石墨纳米片加到高分子体系里的做法由来已久，大多数研究点在于弄清楚石墨纳米片对高分子的改性机理研究，而受限于填料难于均匀分散的问题，所以在柔性导电材料上的研究匮乏。”王华涛解释说，分散技术其实是基于材料的表面改性技术，他的团队通过不断地摸索、实验，确定了表面改性剂的种类和比例，使得石墨纳米片可以在高分子体系里均匀分散。
新技术助力量产
突破了道难题，如何量产又成为了研究人员的下一个难题。“实现量产的关键在于对于电子皮肤成膜工艺的研究。”王华涛介绍道。在成膜时，其技术的难点在于高石墨纳米片固含量的成膜，以及厚度的控制。
多年来，王华涛课题组通过对成膜材料的比例、厚度、水分、黏度、干燥温度、干燥时间、湿度等因素的控制和摸索，找到了佳的工艺参数，实现了多种材料的成膜技术，如柔性发热膜、电驱动柔性膜以及现在的电子皮肤。
经过多次实验，研究人员研发的电子皮肤厚度仅为 40 微米，接近一根头发丝粗细。这种新型柔性电子皮肤在不同的应力应变条件下均有良好的响应。
解决了成膜工艺后，王华涛课题组又着手开始进行石墨烯制备工艺的改良。石墨烯具有优异的力、热、电等特殊性能。但传统的石墨烯制备方法例如化学气相沉积法（CVD）、物理剥离法和氧化还原法等，这些工艺较为复杂且制备成本较高。
“我们课题组以石墨为原料，通过表面改性剂辅助下的物理方法，获得成本较低的石墨纳米片。而且，这种石墨纳米片与石墨烯的性能非常接近，可以工业化制备和供给。”王华涛介绍说。
以柔克刚

电子皮肤实现量产，或许能够有效推动电子皮肤的下游应用，如柔性压力传感、声音识别、VR 技术等应用领域。
以可穿戴设备举例，电子皮肤的量产，可以扭转人们对于可穿戴智能设备的印象，让它们不再像头盔般坚硬，而是像衣服般柔软。甚至可以将体积一再缩小，成为人类皮肤上的“电子文身”。