皮肤是我们身体最大的器官，它既能感知微风的轻抚，也能承受衣物的摩擦，甚至能抵御酸碱的侵蚀。然而，对于旨在模仿皮肤的“电子皮肤”而言，耐磨与高拉伸往往是一对难以兼得的矛盾：要么像固体金属一样容易开裂，要么像液体金属一样容易泄漏。

  2026年3月10日，中南大学龚舒教授团队联合澳大利亚悉尼大学程文龙教授团队，在《Nature Communications》上发表了题为“Abrasion-resistant wearable skins based on bilayered solid/liquid stretchable conductors”的最新研究成果。该研究巧妙构建了一种超薄（13.3微米）的银颗粒（AgPs）/液态金属颗粒（LMPs）双层结构，首次实现了在极端拉伸（>900%应变）与严苛磨损环境下的高保真生理信号监测。这一成果为开发真正耐用的“第二层皮肤”提供了新的策略，论文第一作者为王泽军博士。

  现有的柔性电子皮肤在实验室条件下表现出色，既能测温也能测压。但一旦进入真实世界的摩擦场景——例如衣袖与手腕的反复摩擦、面部表情带来的皮肤褶皱与揉搓——大多数器件会因为材料的开裂、分层或液态金属的泄漏而失效。如何在保持超高拉伸性的同时，赋予电子皮肤堪比真皮的耐磨性？这是制约可穿戴设备走向长期医疗监测和日常应用的关键瓶颈。

  研究团队提出的解决方案是一种双层异质结构（图1）。上层由银粒子（AgPs）与SEBS弹性体构成的复合固体导体提供了卓越的耐磨性，在标准RCA耐磨测试中，能抵抗超过1500秒的持续磨损而不失效，远超传统的液态金属电极（32秒即失效）。下层由液态金属粒子（LMPs）与SEBS复合薄膜提供高拉伸下优异的应变不敏感性能。当器件被拉伸超过600%时，上层的银粒子层因拉伸而产生微裂纹，此时下层的液态金属粒子通过垂直方向的电子桥接，重新连接起上层的“孤岛”，确保导电率几乎不变。这种巧妙的界面工程同时利用SEBS聚合物骨架结构实现双层的强黏附，即便经过胶带反复撕扯也不会分层。

图1：AgPs/LMPs双层结构示意图及耐磨性能对比（源自论文Fig. 1）

  为了验证这一设计的鲁棒性，研究团队对其进行了一系列近乎“暴力”的测试。1）力电稳定性：在0-600%的循环拉伸下，器件的电阻变化极小。即使在600%拉伸状态下直接进行RCA耐磨测试，电阻依然保持稳定。扫描电镜图像显示，拉伸和磨损后，AgPs与LMPs界面发生了“粒子融合”，反而进一步巩固了导电通路（图2）。2）耐腐蚀性：将器件浸泡在强酸或强碱溶液中，AgPs/LMPs双层电极在300%的循环应变下，电阻波动仅为10%。相比之下，无封装的液态金属电极表面氧化层被溶解，导致导电性彻底破坏。3）耐水洗与生物相容性：经过6小时的模拟洗衣机洗涤，双层电极的电阻漂移小于20%，而纯液态金属电极的电阻暴增234倍。细胞毒性实验显示细胞存活率>95%，皮肤贴片实验无刺激反应，银离子的存在还赋予了电极优异的抗菌性能。

图2：双层导体在600%拉伸及磨损下的微观形变与电性能变化（源自论文Fig. 2）

  基于这种坚固的结构，团队进一步展示了其在耐磨生物电极和智能传感系统中的应用。1）耐磨心电图/肌电图监测：通过在LMPs层中添加2.5%的丙烯酸酯，电极与皮肤间的界面粘附力达到了130 N/m。这使得电极-皮肤阻抗在10Hz至10?Hz范围内低至105–1416 Ω，甚至优于商用的Ag/AgCl凝胶电极。在经过500次反复摩擦后，采集到的心电信号信噪比（SNR）几乎没有衰减，而对比组电极材料已完全失效。2）将应变传感器贴于指尖，配合前臂肌电信号，构建了触觉-神经肌肉融合感知系统。在指尖与盲文板反复滑动超过500次后，系统对盲文短语“TATTOO EMG”的识别准确率依然达到100%。3）表情识别：针对微笑、大笑、惊讶、愤怒四种面部表情，利用贴附于面部的三通道肌电传感器采集信号。即使在面部清洁等强摩擦干扰下，结合卷积神经网络（CNN）算法，识别准确率高达98.75%。

图3：双层导体作为耐磨超薄电子皮肤在盲文识别以及表情识别中的应用。（源自论文Fig. 5）

  这项研究的核心突破在于，它通过液固双层界面工程，解决了柔性电子领域长期存在的“导电性-拉伸性-耐磨性”难以兼得的悖论。未来，这种超薄、耐磨、无泄漏的电子皮肤有望在长期连续血糖监测、脑机接口、以及特种防护服装等领域发挥关键作用，为人机交互提供更可靠、更舒适的解决方案。该工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

  论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70438-8

  引用原文：Wang, Z., Shi, P., Li, Y. et al. Abrasion-resistant wearable skins based on bilayered solid/liquid stretchable conductors. Nat Commun (2026).