革新科技!
“电子皮革”让可穿戴设备更智能、更灵敏
在“黑科技”可穿戴设备
逐渐融入我们生活的时代，
电子皮革的出现无疑带来了新可能。
近日，陕西科技大学
马建中教授、徐群娜教授团队
在国际知名期刊
《Chemical Engineering Journal》
发表了最新研究成果，
通过在皮革表面
原位构筑酪蛋白有机水凝胶涂层，
将传统皮革升级为智能传感器，
赋予其在
运动检测与人机交互中的卓越性能。
出色数据！
打开未来智能材料的大门
研究数据展示了涂层材料出色的伸展性，达到约1457%的高拉伸率，同时保持70.4 kPa的拉伸强度。通过多次加载-卸载测试，材料表现出良好的形变恢复性，显示出在多次弯曲、拉伸情况下的持久性能。这源于涂层材料的“岛-桥”结构，其中液态金属颗粒（LM）通过碳纳米管（CNT）桥接，形成了具有韧性和导电性的网络结构。在拉伸和弯曲过程中，液态金属颗粒能够相对滑动而不会破坏导电网络，使材料具备极佳的形变恢复能力，适合高强度使用场景。
图2 有机水凝胶的机械性能。(a) PCAL水凝胶的压缩与拉伸表现；(b) 水凝胶适应多种形状；(c) 水凝胶条承受200g负载显示韧性；(d-e) 不同酪蛋白和AMPs含量的PCA水凝胶应力-应变曲线；(f-g) 不同LM含量的PCAL水凝胶的应力-应变及强度表现；(h) P、PCA、PCAL水凝胶的拉伸应力-应变对比；(i) 不同应变下的PCAL水凝胶加载-卸载表现；(j-k) PCAL水凝胶的拉伸与压缩循环测试。
卓越的导电性与灵敏度
得益于酪蛋白在体系中的双重交联作用，涂层材料在断裂后具有快速自愈合的能力，只需轻微加热即可恢复导电网络。实验中，断开的材料可在短时间内完成自愈合，重新点亮连接的LED电路，证明其自愈合性能稳定。此外，酪蛋白作为天然黏合剂，使涂层能牢固附着于皮革表面，粘附强度达到62.72 kPa，为涂层提供了稳定的贴合性能，避免了其在应用中从皮革表面滑脱或脱落的情况。
图3 PCAL有机水凝胶的传感性能。(a) 水凝胶的灵敏度；(b) 拉伸响应时间；(c-d) 手指在不同角度弯曲：30°、45°、60°、90°；(e) 肘关节屈曲；(f) 跑步；(g) 腕关节屈曲；(h) 水凝胶在25℃、10%应变下循环20分钟的相对电阻变化；(j) 大应变下的相对电阻变化；(k) 不同频率下的相对电阻变化。
自愈合与粘附性能
该电子皮革的核心创新在于酪蛋白有机水凝胶与液态金属的特殊结合机制，其中液态金属纳米粒子（LM）通过碳纳米管（CNT）桥接形成导电通路。酪蛋白作为黏附基质，提供了氢键和范德华力的双重交联，使涂层可以牢固地附着在皮革表面。这一结构能够在轻微的机械刺激下产生电子响应，使皮革具备了高灵敏度和可靠的导电性。同时材料的自愈合性能在较短时间内即可以恢复导电性。该特性在实验中通过断开-连接LED电路的亮灭过程直观展示，进一步验证了其作为耐久可穿戴传感器的潜力。此涂层还具有较强的粘附性，适用于皮革等多种材质表面，拉伸粘附强度达到62.72 kPa。
图4 PCAL有机水凝胶的粘附性、导电性和自修复性能。(a) 对不同基底的粘附能力；(b-d) 剥离试验、搭接剪切试验和机械接触试验；(e-g) 不同类型水凝胶的剥离、剪切和机械接触测试结果；(h) LED在0%至450%拉伸过程中的亮度变化；(i) 水凝胶的自修复性能示意图；(j) 通过LED监测水凝胶的自修复过程；(k) 自修复后手指弯曲信号对比；(l) PCAL水凝胶的自修复效果数字照片。
图5 PCAL有机水凝胶涂饰后的皮革。( a ) 电子皮革应用示意图；( b ) Morse码的定义；( c )"点"和"划线"信号定义示意图；( d )通过控制电子皮革形变得到不同莫尔斯码的原始信号；( e )通过电子手套传递" SOS "求救信号；( f )将原始信号翻译成可见的
未来可期！
从运动监测到健康管理，电子皮革让生活更智能
这项突破性研究不仅展示了传统皮革材料与先进材料科学结合的广阔前景，更表明电子皮革在健康监测、虚拟现实互动、医疗康复等多个领域的应用潜力。随着这一新型“智慧皮革”的发展，未来我们将看到它如何让生活更加智能、科技更贴近生活。
该研究以“Enhanced casein organohydrogel coating with the liquid metal catalyst for electric leather in human-machine interaction”为题发表于Chemical Engineering Journal。陕西科技大学为论文第一通讯单位，轻工科学与工程学院徐群娜教授为论文第一作者，硕士研究生李振扬为论文第一学生作者，马建中教授和徐群娜教授为论文共同通讯作者。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156841科锐新材料研究所
未来皮革研究所
