深圳大学发布综述研究 柔性导电凝胶推动类皮肤传感器创新发展

问题——可穿戴感知从“能用”走向“贴肤可久用” 近年来,健康监测、运动评估、人机交互等场景快速扩展,可穿戴电子正从间歇式记录转向连续、实时、低负担采集。与人体皮肤类似、能够弯折拉伸中稳定工作的传感器,成为材料与器件领域的研发重点。,频繁充电与续航焦虑限制了长期佩戴与高密度布设,自供能方案受到关注。以摩擦电纳米发电机为基础的摩擦电传感器,能够将接触、摩擦、按压等机械刺激转化为电信号,为“边感知边供能”的可穿戴系统提供了可行路径。但在贴肤应用中,传统金属电极或部分复合电极刚性较高,容易与柔软皮肤产生力学不匹配,带来贴合不稳、信号漂移、舒适性下降等问题。 原因——材料力学失配与环境适应性不足制约性能稳定 业内普遍认为,类皮肤器件要在汗液、温度波动、反复拉伸等真实条件下稳定工作,关键在于电极与传感层既要“软”——又要“导”——还要“耐”。金属电极虽导电性优异,但在大形变下易产生微裂纹或脱层;部分导电复合材料虽可弯折,但在高拉伸、长期循环或潮湿环境中仍可能出现疲劳衰减。导电凝胶因其本征柔软、可拉伸、界面贴合性好,并可通过离子或电子传导实现稳定电连接,被视为缓解力学失配的重要材料选择。不过,凝胶体系普遍面临电导率与弹性难以兼得、脱水冻裂、长期稳定性不足以及电学耐久性需要验证等工程化难题。 影响——导电凝胶正成为贯通“类皮肤感知+自供能”的关键材料平台 据介绍,深圳大学团队在《Gels》发表题为《Toward Skin-like Sensors: Stretchable Conductive Gels for Triboelectric Applications》的综述文章,对可拉伸导电凝胶在摩擦电应用中的研究进展进行系统比较与归纳。文章指出,导电凝胶在类皮肤摩擦电传感器中不仅承担导电电极或信号传输通道角色,更在实现紧密贴肤接触、可靠机电耦合与器件耐受性上发挥关键作用。通过本征柔性、可拉伸性、自修复能力以及良好界面顺应性,凝胶材料有望提升器件在动态形变下的信号稳定性与佩戴舒适度,从而推动摩擦电器件由单一能量采集向集成传感、交互与可视化等综合功能延伸。 对策——分类梳理材料路线,强调结构设计与性能指标协同 围绕“如何做出既导电又耐拉伸的软电极”,文章按液相组成等维度对凝胶材料路线进行归纳:一是水凝胶,包括纯水凝胶及引入有机相、离子组分等的复合体系;二是有机凝胶;三是离子凝胶,并对深共晶凝胶、剪切增稠凝胶等新兴体系作补充讨论。综述同时强调,通过交联策略、网络结构调控、动态可逆键引入以及复合化构建,可在一定程度上兼顾高拉伸性、抗损伤性与电学稳定性;引入自修复机制可降低微损伤累积带来的性能衰减。针对器件层面,文章对薄膜型、纤维型、织物型等结构展开比较,指出应围绕应用场景建立“结构—性能—耐久”一体化设计思路:贴肤健康监测强调低模量与稳定贴合,纤维与织物结构更适于大面积可穿戴集成,而薄膜结构更便于实现高灵敏与小型化。 前景——从实验室样机走向规模应用仍需跨越“稳定性与标准化”门槛 业内人士认为,导电凝胶与摩擦电技术的结合,为自供能可穿戴传感提供了可持续的材料与器件方案,但迈向实际产品仍取决于多项关键能力:其一,电导与弹性的长期平衡,尤其是在反复拉伸、汗液浸润和温湿循环下的电学耐久;其二,环境稳定性,包括抗干燥、抗冻、抗老化与生物相容性评估;其三,可制造与可重复性,涉及原料可得性、制备工艺窗口、封装与回收等环节;其四,测试评价体系与标准建设,需从单次性能指标转向面向场景的全生命周期考核。随着柔性制造、纺织集成和低功耗系统设计的合力推进,导电凝胶基摩擦电传感器有望在康复辅助、运动训练、智能假肢、虚拟交互及工业安全监测等领域形成更成熟的落地路径。

柔性电子技术的革新正在重新定义人机交互的边界。导电凝胶材料的突破不仅为解决行业瓶颈提供了新思路,更预示着可穿戴设备将从"功能附加"走向"原生融合"的新阶段。这项研究的价值在于为智能穿戴与健康监测领域开辟了新的发展方向。