中国科大龚兴龙教授团队 JMCC 封面论文：一种柔性防护电子皮肤（微信文章未删减版）

主要观点总结

文章介绍了中国科学技术大学龚兴龙教授团队研发的一种具备力热耦合防护功能的柔性防护电子皮肤。该电子皮肤具有良好的抗冲击性和隔热性能，可应用于灾难救援等领域。通过形状记忆变形，其防护性能可动态调控，展现出更强的适应性和灵活性。此外，该电子皮肤还集成了压力、冲击和高温多模态传感能力，并基于此开发了冲击-热报警系统。相关研究成果发表于《Journal of Materials Chemistry C》期刊。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景与意义

传统防护材料难以适应复杂环境中的力热耦合威胁，需要研发具备智能感知和响应能力的防护材料。

关键观点2: 研究成果

中国科学技术大学龚兴龙教授团队成功研制了一种柔性防护电子皮肤，具备可调力-热耦合防护功能和智能传感能力。

关键观点3: 材料特性

该电子皮肤基于剪切增稠材料与形状记忆材料复合制备，具有抗冲击性和隔热性能。通过形状记忆变形，其性能可动态调控。

关键观点4: 传感能力

该电子皮肤集成了压力、冲击和高温多模态传感能力，可应用于冲击-热报警系统，展现出在灾难救援中的应用潜力。

关键观点5: 应用前景

该电子皮肤在灾难救援、智能防护结构材料等领域具有广阔的应用前景。

正文

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为解决传统柔性防护材料难以抵御耦合威胁的局限，多功能防护材料的研发已成为关键。工程应用中常见的跌落、碰撞等冲击威胁，以及复杂环境中的高温、烧蚀等热威胁，要求防护材料具备力热耦合防护功能，例如消防员既需防护冲击，又需抵御热损伤。传统防护材料的抗冲击与隔热能力通常是固定的，难以根据环境或用户需求进行灵活调整，这使得它们难以满足复杂环境中的适应性要求。另外，具备智能感知能力的主动反馈型防护材料逐渐成为一个备受关注的方向。如何在多种防护功能的基础上，进一步集成防护材料的环境响应能力与智能调控和感知功能，具有重要的科学意义与应用价值。

针对上述问题，中国科学技术大学龚兴龙教授课题组研制了一种具有良好抗冲击性和隔热性能的柔性防护电子皮肤，其是基于剪切增稠材料与形状记忆材料复合制备的，由形状记忆复合泡沫夹层与导电聚合物薄膜构成。特别地，力-热防护性能可以通过形状记忆变形动态调控，展现出更强的适应性和灵活性。此外，柔性防护电子皮肤还集成了压力、冲击和高温多模态传感能力，基于此开发了冲击-热报警系统，展现出在灾难救援中的应用潜力。

该研究成果发表于《Journal of Materials Chemistry C》期刊，题为“A flexible protective electronic skin with tunable anti-impact and thermal insulation properties for potential rescue applications”，并被选为封面论文。

柔性防护电子皮肤（Flexible Protective Electronic Skin, FPES）展现出良好的形状记忆特性。在50%压缩编程应变条件下，其形状固定率和形状恢复率分别为81.8%和99.8%。这种形状记忆性能赋予了FPES在电路中作为温度开关应用的独特优势（图1）。

图1 柔性防护电子皮肤的形状记忆性能

此外，FPES具有优异的冲击防护能力，能够保护掉落的玻璃酒杯和陶瓷茶碗。随着压缩编程应变的增加，最大冲击力随之增大。在温度升高时，编程后的FPES能够自展开，从而扩大保护区域，增强对温度变化的响应能力（图2）。同样，FPES的热防护能力可通过形状记忆变形改变器件的厚度和面积调控，成为热管理和红外隐身应用的有力候选者（图3）。

图2 柔性防护电子皮肤的抗冲击性能及其调控

图3 柔性防护电子皮肤的热防护性能调控

作为智能传感器，FPES的工作原理类似于平行板电容，在压力作用下，电极层间距减小，电容增加。FPES可进一步开发为可穿戴腕带，传输加密信息；并能监测冲击过程；压缩编程后的FPES表现出与温度相关的电容变化，展现出多模式的传感能力（图4）。

图4 柔性防护电子皮肤的传感性能

基于CP-FPES开发了一种冲击与高温警报系统，当监测到冲击和高温时，系统将发送短信提示并激活警报声。另外，FPES还可以用于增强防护服的抗冲击性和隔热性，监测消防员的呼吸与运动，提升救援人员的安全性。这些应用突出了FPES在灾难救援中的广阔前景（图5）。

图5 柔性防护电子皮肤在灾难救援中的潜在应用

综上所述，论文研制的柔性防护电子皮肤是一种具有可调力-热耦合保护功能的智能传感柔性防护材料，有望推动下一代智能防护结构材料的发展。论文的第一作者为中国科学技术大学工程科学学院博士研究生王文慧，通讯作者为中国科学技术大学工程科学学院龚兴龙教授和王胜副教授。该研究得到了中国国家自然科学基金以及中国科学技术大学微纳研究与制造中心的资助与支持。

原文链接：Wang WH, Wang S, Li ZM, Zhou JY, Liu S, Xuan TT, Zhang JS, Gong XL. A flexible protective electronic skin with tunable anti-impact and thermal insulation properties for potential rescue applications. Journal of Materials Chemistry C, 13: 1146-1156, 2025.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/tc/d4tc04519j

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