智能电子皮肤在健康监测、人机交互和软体机器人方面有巨大的应用潜力，吸引了学术界和工业界的广泛关注。但目前开发的电子皮肤传感器存在功能单一、成本高、结构复杂、便携性差等缺点，因此限制了其实际应用。如何采用简单的制备方法获得多功能、高性能的电子皮肤传感器仍然存在挑战。

  近日，暨南大学刘明贤教授团队提出以中国墨水（C）、聚乙烯醇(PVA)和埃洛石纳米管(HNTs)为原料，采用PDMS模板辅助的溶液浇注工艺，制造了结构稳定、色彩丰富的PVA/C/HNTs多功能电子皮肤传感器（MFESS）。该工作发表于Composites Science and Technology (中科院分区：一区，影响因子：9.879)，题目为”Bilayer PVA composite film with structural color for high-performance and multifunctional sensing”。论文第一作者为2021级硕士生吴凤，刘明贤教授为论文唯一通讯作者。

图1. PVA/C/HNTs双层薄膜的制备及性能。

  三维光学形态学图像和相应的截面高度图证实了PVA/HNTs/C MFESS的Janus结构。从图2a可以看出，PVA/HNTs层呈现规则的5 μm的周期性沟槽结构，凹槽的平均高度约为350 nm（图2b ）。相比之下，PVA/C层表面充满了C纳米粒子而显示出不规则的凹坑结构 (图2c)，且高度分布是不规则的（图2d）。

图2. PVA/HNTs/C双层薄膜形貌表征。

  PVA/C层具有很好的亲水性，能够快速吸附和解吸水分子，从而导致体积的快速膨胀和收缩。相比之下，PVA/HNTs层对湿度的变化不如PVA/C层敏感（图3b）。因此，基于两层之间亲水性的差异，PVA/HNTs/C MFESS可以作为一个湿度驱动的驱动器，在不同的湿度条件下实现弯曲变形（图3c）。

  由于PVA/C层中的C颗粒显示出良好的光热性能，当氙灯光源打开时，PVA/C层迅速吸收热量使得最初吸附在该层中的水分子迅速流失导致PVA/C层的收缩和变形，因此PVA/HNTs/C MFESS向PVA/C层发生弯曲（图4a）。在关闭氙气灯后，它通过重新吸收环境中的水分子而慢慢恢复到原来的形状。图4b展示了变形和恢复过程对应的红外热图像。

图4.  PVA/C/HNTs双层薄膜的光驱动性。

  由于PVA/HNTs/C MFESS对环境中水分子的吸收和脱除，导致其电阻会随环境湿度的改变而发生变化（图5a, b, c）。因此PVA/HNTs/C MFESS可以应用在非接触式传感和人体呼吸监测等领域。

  在氙灯照射下，PVA/C层吸收热量，从而导致PVA/HNTs/C MFESS的电阻会发生变化（图7b）。当氙气灯被打开时，温度迅速上升，这使得电阻急剧增加到初始的160%。当氙气灯关闭时，温度开始迅速下降，从而使电阻迅速恢复到初始值。图7c展示了在20至60°C的范围内，电阻随着温度的上升而增加。图7d显示了不同功率氙灯照射PVA/HNTs/C MFESS 20 s后的热红外成像。在相同的照射时间内，温度随着功率的上升而增加。在图7e, f, g中，PVA/HNTs/C MFESS显示出良好的温度响应性和循环稳定性。这些结果表明，MFESS在光照下表现出良好的温度响应能力。

  PVA/HNTs/C MFESS具有多信号响应性和出色的结构稳定性。我们最终展示了它在物体抓取、湿度报警和仿生花朵绽放和关闭等方面的应用。

  综上所述，本工作中开发的PVA/HNTs/C MFESS呈现出颜色绚丽、结构稳定性好、价格低廉、功能多样等优点。因此，它在可穿戴设备、智能机器人和电子皮肤的应用方面有着巨大的潜力。

  论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353823001999