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  柔性電子器件可作為表皮電子設備和可人體植入電子設備用于個人醫療保健、人類活動監控和人機界面等方面。然而，目前大多數表皮電子設備都建立在固態無孔隙的聚合物襯底上，例如PDMS、PET和PI等。這些聚合物材料缺乏透氣性，會阻止人體皮膚中汗液等揮發性成分的散發，降低穿著舒適度，刺激皮膚，甚至導致皮膚過敏。并且這類材料的楊氏模量較大，厚度較厚，難以和皮膚形成緊密接觸，這會降低對生物電（EP）監測的信號質量。因此，為了實現長時間應用，必須開發具有良好透氣性材料作為襯底。另一方面，為了實現電極與皮膚間的緊密接觸，提升生物電監測的信號質量，開發質地柔軟的材料也十分重要。

  針對以上所述的瓶頸問題，北卡羅萊納州立大學朱勇教授和南京郵電大學馬延文教授合作提出了利用呼吸圖法制備多孔TPU膜，然后將銀納米線（AgNWs）熱壓至TPU表層下制備成超薄透氣可拉伸導電薄膜。這種多孔膜具有良好的透氣性，保障了汗液可以自由蒸發，防止損傷皮膚，提高了長期佩戴的舒適度。且其超薄特性使之能夠與皮膚緊密接觸，從而提升了對生物信號的監測質量。除了作為表皮電子器件作為膚上生物電感應電極外，這種超薄透氣可拉伸導電薄膜還可以集成在紡織品表面，用作無線觸摸傳感器中觸摸電極。這項研究為制備超薄透氣性柔性電子材料提供了新的思路。

圖1. 制備多孔透氣性薄膜過程的原理圖。

  這種多孔薄膜電極非常適合對生物電信號的連續監測。其在人造皮膚上的電極的光學顯微鏡圖像說明了這種超薄的電極與皮膚可以形成緊密的接觸，從而確保了接觸面積并降低了皮膚-電極阻抗。在監測心電圖（ECG）和肌電圖（EMG）信號檢測方面，這一新型多孔導電薄膜電極與商用凝膠電極的性能相近。同時，這種電極在使用過程中不需要添加導電的凝膠，完全避免了凝膠可能引起的皮膚刺激以及凝膠脫水引起的信號降低。同時，該多孔電極的良好透氣性對于保障它在人體表皮連續監測生物電信號的應用也是非常重要的。

圖2. 多孔透氣性電極在生物電監測方面的應用。

  這種透氣性的電極也可以應用在自電容式觸摸傳感器的電極。集成了自電容模式無線觸摸傳感器的袖套可以用作無線人-機接口來游玩俄羅斯方塊游戲。圖3顯示了不同按鍵的功能以及通過觸摸按鍵控制磚塊的移動軌跡，可以看到這種觸摸傳感器靈敏度高且響應準確。按下袖套上不同的鍵后，游戲中的圖塊會產生相應的實時變化，沒有出現明顯的延遲。

圖3. 多孔透氣性電極在無線人機界面方面的應用。

  上述工作發表在ACS Nano期刊上。南京郵電大學大學周偉欣和北卡羅來州立大學姚姍姍（現紐約大學石溪分校）為共同第一作者，南京郵電大學馬延文教授和北卡羅萊納州立大學朱勇教授為共同通訊作者。該課題得到了美國國家科學基金會No. CMMI-1728370.項目的資助和江蘇省重點研發計劃項目(BE2018010-3)資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00906