Robust integration of "top-down" strategy and triple-structure design for nature-skin derived e-skin with superior elasticity and ascendency strain and vibration sensitivity

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作者
Zhongxue Bai,Xuechuan Wang,Meng-Chen Huang,Jiajun Li,Siwei Sun,Xiaoliang Zou,Long Xie,Xiao Wang,Pengbo Xue,Yuyu Feng,Peiyao Huo,Ouyang Yue,Xinhua Liu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:120: 109142-109142 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109142
摘要

The rapid advancement of bio-integrated electronics in recent years has been paralleled by increased interest in the research of stretchable, elastic, conductive, and multi-dimensional sensing electronic skin (e-skin) due to its potential integration with electronic devices and soft tissues. In this work, we presented the fabrication of a nature-skin derived e-skin, denoted as S-P/G@PU e-skin, achieved through an on-demand "top-down" strategy and a triple structure design, employing integrated in-situ polymerization, impregnation, and encapsulation techniques. The collagen fibers weaved hierarchical 3D structure of natural skin, was strategically employed to host conductive polypyrrole and combined with a binary solvent system of glycerin and water. Subsequently, this composite natural skin was coated with polyurethane films, resulting in the engineering of the S-P/G@PU e-skin. This innovative e-skin exhibited remarkable properties, including high tensile strength (8.76 MPa), excellent elasticity (0–180 %), anti-freezing capacity, moisture retention, substantial conductivity (6.3 S/m), and outstanding multi-dimensional sensing capabilities. Importantly, the S-P/G@PU e-skin functioned as both a slow adaptive resistance strain sensor and a fast adaptive single-electrode triboelectric nanogenerator, making it a versatile sensing system that enabled real-time monitoring of various physiological signals from the human body and wide-frequency vibration signals from devices such as cellphones and motors. This study serves as a proof of concept for transforming nature-skin into e-skin, showcasing the potential for integrated wearable electronics, artificial intelligence, and human-machine interfaces.
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