基于二维材料的高灵敏度人造电子皮肤
一、成果简介
石墨烯良好的导电性及优异的电机械性能使其在人造电子皮肤的应用方面具有很大的潜力，但是由于石墨烯材料半金属特性使得如何打开其能带从而提升人造电子皮肤的灵敏度成为亟待解决的问题。
在这里我们设计了一种基于隧穿效应的超灵敏石墨烯应力传感器，不同于以往石墨烯应力传感器中电流的运动形式，基于隧穿效应的石墨烯应力传感器的岛与岛之间不是相互连接的而是一种准连续的状态，所以电流的运动是从一个岛隧穿到另一个岛来实现的。这种传感器除了具有石墨烯本身的透明、导电特性之外，灵敏度较之前的电子皮肤有了数量级上的提高，并且其灵敏度可以通过控制石墨烯的隧穿距离来调控，能够广泛应用于不同的领域。
将这种超灵敏的石墨烯应力传感器应用于人造电子皮肤中，发现其时间分辨、空间分辨、寿命、灵敏度等各方面的性能都很优异，完全可以满足作为电子皮肤感应外界应力变化的需求。
图1.高性能人造电子皮肤示意图
二、应用领域
基于人造电子皮肤的可穿戴式健康监测设备在未来的高级医疗保健领域具有广泛的应用前景，其柔性传感器可以连续、同时地跟踪重要的生理信号，因此被视为用于预防疾病并进行非侵入性医疗诊断的一种有潜力的手段。
举例来说，动脉脉压是能够实时反映心率和动脉血压变化的重要生理指标。通过实时监测动脉脉压，可以及时获取有关生理指标突然变化的信息，进而将其与潜在的心血管健康问题（如高血压、糖尿病和动脉硬化）联系起来，从而实现早期干预和治疗。
呼吸变异性和呼吸频率的评估对于评估肺部健康功能和用户的睡眠质量至关重要。这些信息有助于医生更好地了解患者的生理状态和可能存在的呼吸问题，也可用于改善睡眠障碍的诊断和治疗。
此外，监测用户的身体运动和活动水平可以将生理参数与个体的整体身体健康和运动状况联系起来。这有助于个性化的健康管理和康复计划的制定。
因此人造电子皮肤在医疗保健和健康应用中具有巨大潜力，可以为医疗保健专业人员和患者提供更多的生理数据和信息，以改善疾病管理、诊断和健康监测的效果。
三、市场前景
人造电子皮肤作为一种具有可穿戴性和仿生感的新型传感器技术，在包括柔性传感器、医疗保健、智能可穿戴设备等领域具有广阔的市场潜力。首先是柔性传感器市场，人造电子皮肤作为柔性传感器的一种应用形式，将受益于柔性传感器市场的增长。根据相关研究公司的报告，柔性传感器相关市场预计在2021年至2026年期间以年均复合增长率（CAGR）超过20%的速度增长。而人造电子皮肤作为柔性传感器的重要组成部分，将在这一市场中占据一定份额。在医疗保健领域人造电子皮肤可以用于监测患者的生理指标、提供可穿戴的健康监测设备、辅助康复治疗等。在老龄化社会即将到来的今天，医疗保健市场对人造电子皮肤的需求将在未来将急剧增长。同时在智能可穿戴设备方面人造电子皮肤也可以用于智能可穿戴设备中，如智能手表、智能手环、智能衣物等。预计随着智能可穿戴设备市场的不断发展和消费者对功能更强大、更舒适的产品的需求，人造电子皮肤的市场份额将逐渐增加。
与现有产品相比，基于隧穿石墨烯的高灵敏度人造电子皮肤具有制造成本低、灵敏度优异、可定制性强、制备过程绿色环保等优异特点。
图2.人造电子相关性能测试
四、知识产权
1、成果由北京理工大学单独持有；
2、已申请专利4项，授权2项；
五、合作方式
合作开发、技术转让、技术服务和咨询。
六、对接方式
（1）合作意向方联系北理工技术转移中心；
（2）北理工技术转移中心沟通了解意向方情况；
（3）会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。
北京理工大学技术转移中心
电话：010-68914920
邮箱：bitttc@bit.edu.cn
网址：contest.securebottom.cn
未经授权，请勿转载