基于智能摩擦电材料的可穿戴电子皮肤：从分子设计到医疗监测与运动传感应用

这篇综述系统梳理了智能摩擦电材料（Triboelectric Materials）在可穿戴电子皮肤（e-skin）中的前沿进展，从1D纤维、2D织物/薄膜到3D凝胶的分子设计与复合策略出发，重点探讨了拉伸性、自修复、防水透气及生物相容性等关键功能特性，并阐述了其在医疗监测、运动传感和人机交互（HMI）中的创新应用，为下一代自供电柔性电子系统提供了设计思路。

　　

Highlight

智能摩擦电材料

近年来，随着科技进步和生活需求提升，可穿戴电子皮肤对智能摩擦电材料的性能要求日益增长。这类材料正从单一功能向多功能集成演进，通过1D纤维的定向能量收集、2D织物/薄膜的界面工程调控，以及3D凝胶的动态网络设计，实现了材料微型化、多功能化与智能化的协同突破。

电子皮肤的功能特性

电子皮肤需模拟人类皮肤的触觉与感知能力，其核心在于兼具拉伸性（应变>300%）、自修复（室温下效率>90%）、防水透气（透气率>500 g/m²/day）和生物相容性（细胞存活率>95%）等特性。例如，基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的摩擦电薄膜通过微结构设计可将灵敏度提升至15.6 V/kPa，而导电水凝胶则通过动态氢键实现自修复与高延展性。

可穿戴电子皮肤的应用

在物联网（IoT）时代，电子皮肤已应用于三大领域：

1. 医疗监测：如基于摩擦电纤维的心率/呼吸传感器，可实时检测微弱生理信号；

2. 运动传感：仿生织物通过摩擦电-电容耦合效应捕捉关节运动角度（误差<3°）；

3. 人机交互：3D凝胶电极阵列能识别手势指令，响应时间<50 ms。

结论与展望

尽管智能摩擦电材料在电子皮肤中展现出巨大潜力，但仍面临材料稳定性（如湿度敏感性）、系统集成度不足等挑战。未来需结合人工智能（AI）与机器学习（ML），开发自适应环境的多模态传感网络。