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  隨著柔性和可穿戴電子技術的迅速發展，未來設備對滿足性能、環保和可持續性要求的材料的需求不斷增加。當前，柔性電子領域面臨的主要挑戰之一是兼具卓越機械性能與環境兼容性的材料的匱乏。傳統的導電材料，如氧化銦錫（ITO）和金屬導體等，雖然在電學性能上表現出色，但在電子廢棄物污染日趨嚴重的背景下，其在柔性、環保以及生態友好性方面存在顯著缺陷。因此，尋找可替代的、更加可持續的柔性導電材料成為了行業亟需解決的問題。近年來，天然生物高分子材料，特別是蠶絲蛋白（SF），因其良好的生物降解性、機械強度和可持續性，成為柔性電子的理想材料。然而傳統的方法往往將天然材料與非可持續的導電填料相結合，這不僅引入了有毒副產品，還導致了材料的不可持續性。而采用離子導體材料，通過生物高分子與各種鹽類的協同作用，可以實現結構與功能的有效融合。然而，SF作為功能性離子導體在柔性電子器件領域的應用尚未得到充分探索。

圖1、SFITS的結構、特性及應用示意圖

圖2、SFITS的制備及其性能表征。

圖3、SFITS的觸摸定位原理與校準

  基于SFITS材料良好的綜合性能，研究者團隊采用表面電容技術開發了基于SFITS的觸摸屏。表面電容技術雖然在商業觸摸屏中已有廣泛應用，但目前大多數商用觸摸屏依賴剛性ITO導電玻璃作為基底，這極大地限制了其在柔性和可穿戴領域的應用。為了解決這一問題，早前的研究通過引入柔性電極材料，如銀納米線、金屬網、導電聚合物、聚合物基水凝膠和碳納米材料，提升了觸摸屏的柔性。然而，這些材料的高成本以及電子廢棄物的產生，限制了其可持續發展。相比之下，SFITS材料具有高透明度、類皮膚機械特性和良好的可持續性能，具備制造環保可持續、高可拉伸和超柔性可穿戴觸摸屏的潛力，尤其適用于人機界面和可穿戴電子產品。研究者通過一維SFITS觸控條帶的實驗示范，闡釋了基于表面電容技術的電壓變化觸摸位置檢測原理。在實驗中，當手指觸碰SFITS條帶時，觸點會引起電流流動，該電流與手指的觸摸位置有關，從而引起外部電阻兩端的電壓變化。通過監測不同觸摸點的電壓變化，便可精確定位手指位置（圖3a-c）。同時，SFITS顯示出優異的響應速度和高壓敏感性，在不同采樣頻率下均能清晰讀取觸摸信號，響應時間為670 ms至10 ms不等，滿足不同應用場景需求。此外，在100%拉伸狀態下，SFITS仍能可靠地識別觸摸點的位置變化，并且恢復原長后，仍具有精準定位能力（圖3d-i）。通過動態連續觸碰演示，SFITS還能夠實時檢測滑動手勢，適用于游戲控制，如飛行器避障等多種應用場景。

圖4、SFITS的智能化應用

  最后，研究者展示了基于SFITS的多功能智能應用系統。通過與IoT和AI技術的結合，SFITS系統不僅能夠精確記錄觸摸和滑動手勢的坐標數據，還可以實時處理并將信號傳輸到不同的功能模塊，支持遠程觸控、手寫識別、智能人機交互等多種應用。研究團隊開發了四種基于SFITS的智能應用。首先，通過精準的觸摸位置識別，結合IoT技術，SFITS可用于遠程家電設備的控制。其次，利用卷積神經網絡模型實現手寫字符識別功能，能夠將手寫字符準確轉化為ASCII編碼字符，拓展了SFITS在生成式大語言模型和VR控制應用中的潛力。這些創新展示了SFITS在綠色環保、智能可穿戴柔性電子領域的廣泛應用前景，為未來可持續、智能化電子設備的發展奠定了基礎。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202412972