研究论文

8 一种可实现压力温度同步感知的透气型双模态电子皮肤

随着物联网、人工智能与可穿戴技术的迅猛迭代，柔性电子皮肤作为仿生传感系统的核心功能载体，正加速从实验室原型向规模化实际应用跨越。这类仿生传感材料通过模拟人类皮肤的多模态感知特性（如触觉压力响应、温度敏感识别等），能够为智能机器人交互、精准医疗健康监测、人机协同控制等前沿领域提供实时、可靠的环境与生理信号反馈，成为推动相关产业升级的关键核心技术。然而，传统柔性电子皮肤在实际应用中仍面临诸多瓶颈：压力传感灵敏度不足、检测动态范围狭窄、透气性差导致的人体适配性问题，以及多模态感知信号之间的相互耦合干扰，这些缺陷严重制约了其在复杂场景下的规模化应用。针对上述痛点，江苏大学程广贵教授课题组与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所李铁研究员团队展开联合攻关，提出了一种创新型静电纺丝制备方法。该技术通过引入带负电的三维泡沫收集器，在高电压静电场的调控作用下，使带正电的纳米纤维定向附着于泡沫骨架表面，成功构建出兼具二维蜂窝状多孔结构与三维棘突状微结构的双耦合微结构纳米纤维膜。

基于这一核心材料创新，研究团队进一步制备出可与人体皮肤紧密贴合的透气型双模态柔性电子皮肤。该电子皮肤实现了压力与温度信号的同步感知，且两种模态信号之间无交叉干扰，有效解决了传统多模态传感的信号耦合难题。与传统随机多孔纳米纤维膜制备的电子皮肤相比，这种仿生双耦合微结构设计带来了综合性能的跨越式提升：最大拉伸应变提高77%，抗疲劳循环稳定性提升35%，水蒸气透过率增加16%（显著优化人体佩戴透气性），压力感知灵敏度大幅提高276%，感知动态范围扩大137%，各项关键性能指标均达到行业领先水平。

在实际应用验证中，该电子皮肤展现出优异的生理信号监测能力，可精准捕捉腕部脉搏波形、手指弯曲角度、膝关节运动轨迹、呼吸频率变化以及吞咽动作等多种人体生理活动信号，为远程医疗监测、康复辅助设备等领域提供了新的技术解决方案。同时，其双模态同步感知优势在日常场景中也得到充分体现——当接触常温水杯与热水杯时，电子皮肤能够同步识别温度差异与压力大小，为残疾人士或烧伤患者的触觉与温度感知功能恢复提供了创新路径。

该研究通过双耦合微结构的创新性设计，成功实现了柔性电子皮肤透气性与多模态感知性能的协同提升，为未来复杂传感系统的发展奠定了重要的材料与技术基础。凭借其优异的综合性能与广泛的场景适配性，该双模态柔性电子皮肤在可穿戴医疗监测、智能机器人交互、人机协同控制等领域具有巨大的产业化应用潜力。

图1（a）随机多孔纳米纤维膜；（b）大孔双耦合微结构纳米纤维膜；（c）中孔双耦合微结构纳米纤维膜和（d）微孔双耦合微结构纳米纤维膜的扫描电子图像；（e）微孔双耦合微结构纳米纤维膜表面三维棘状结构的光学图像；（f）随机多孔纳米纤维膜和（g）微孔双耦合微结构纳米纤维膜表面的三维图像；（h）上述四种类型纳米纤维膜的最大拉伸应力-应变曲线；（i）上述四种类型纳米纤维膜在30%拉伸应变加载下100次循环后的残余应变和残余应力；（j）上述四种类型纳米纤维膜的水蒸气透过率比较。

该文章以题为“Breathable and skin-conformal electronic skin with dual-modality synchronous perception of pressure and temperature”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Breathable and skin-conformal electronic skin with dual-modality synchronous perception of pressure and temperature

Hao Zhu, Zhelin Jin, Tie Li, Guanggui Cheng, Jianning Ding

J. Semicond. 2025, 46(12), 122601 doi: 10.1088/1674-4926/25020031

Full Text 

9 氮掺杂与表面钝化对InAs基纳米线光致发光特性的影响

本工作采用等离子体辅助分子束外延技术，在SiO_x/Si (111)衬底上生长了以InAs为茎的InAsN纳米线。同时生长了具有核/壳异质结构的InAs/InAsN和InAsN/InP纳米线。低温光致发光光谱确证了上述纳米线的多型结构：以纤锌矿相为主，伴有闪锌矿相寄生岛。结果表明，相较本征InAs纳米线，InAsN纳米线的带间发光红移。氮掺杂通过将InAs的导带劈裂成两个子带，有效减小了带隙宽度。发光光谱的特征峰位证实了多型六方结构氮化物固溶体的形成，其氮原子浓度高达0.7%。用InP进一步钝化表面后，纳米线的非辐射复合减少、光致发光响应得到改善，从而实现了室温条件下的光致发光探测。上述研究表明，通过改变纳米线的组分和形貌，可以有效调控其电子结构，进而调节InAs基探测器及中红外辐射源的响应范围。

该文章以题为“Effect of nitrogen incorporation and surface passivation on photoluminescence properties of InAs-based nanowires”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Effect of nitrogen incorporation and surface passivation on photoluminescence properties of InAs-based nanowires

Ratmir Ustimenko, Danila Karaulov, Maxim Vinnichenko, Ilya Norvatov, Andrey Kaveev, Vladimir Fedorov, Ivan Mukhin, and Dmitry  Firsov

J. Semicond. 2025, 46(12),  122701 doi: 10.1088/1674-4926/25030041

Full Text