清华大学张莹莹团队开发出多功能石墨烯-蚕丝电子纹身，滴水实现自修复

　　蚕丝作为一种天然的生物蛋白材料，具有生物相容性好、无毒无刺激、可生物降解等优点；而石墨烯作为一种单原子层厚度的纳米碳材料，则具有柔性、导电的特点。

　　近日，清华大学张莹莹团队报道了一种石墨烯-蚕丝电子纹身，使用蚕丝与石墨烯作为原材料，制备了一种可感知多种信号（应变、湿度、温度）的电子纹身，而且如果该纹身受损，可以通过一滴水进行自修复。

图1 石墨烯-蚕丝电子纹身的制备流程示意图

　　我们知道，人类的皮肤可感知多种信号，而且当皮肤被划伤或刮伤时，可以自愈合。之前所报道的电子纹身器件的传感功能通常较为单一，而且往往不具有可修复性。

　　在这项最新的研究中，利用丝素蛋白/石墨烯/钙离子溶液体系作为墨水，可在皮肤表面制作任意图案化的超薄的导电功能层材料。其中，所形成的丝素蛋白/石墨烯/钙离子薄膜对应变、湿度、温度均具有响应功能，且灵敏度较高、响应速度快、循环稳定性高。

　　该电子纹身可与人体皮肤紧密贴合，从而实现对人体生理信号高信噪比、长时间、稳定的检测。

图2 自修复示意图

　　由于丝素蛋白材料具有遇水溶胀的特性并且该复合材料体系内部含有的大量氢键、配位键，该电子纹身在破损后只需滴加少量水，即可在不足一秒的时间内完成自修复。

图3 石墨烯-蚕丝电子纹身的多功能应用展示

　　将该电子纹身贴附于皮肤表面（图3），可实现对人体心电信号、呼吸频率以及外界温度的实时监测，未来可应用于生物医疗和人机交互等领域。

　　相关研究工作近期发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201808695）上，论文的第一作者是清华大学博士研究生王琪。

　　张莹莹团队简介：

　　该团队隶属于清华大学化学系，兼属清华大学微纳米力学与多学科交叉创新研究中心。

　　团队围绕纳米碳材料及其复合材料的制备科学、物理与化学性能开展研究，重点发展面向柔性可穿戴系统的新型碳材料。当前主要关注碳纳米管、石墨烯和天然丝蛋白材料，探索其控制制备方法、结构-性能关联，在此基础上，开发其在器件、能源、环境领域的应用。

　　近几年，课题组在超长碳纳米管的制备、光学可视化表征以及超润滑研究，单晶石墨烯的制备与水辅助光学光差，高灵敏宽应变柔性可穿戴传感器，丝基透明电子皮肤，“饲喂法”制备超强丝纤维等方面取得了一系列原创性研究成果。至2017年，课题组长共发表SCI论文80余篇，包括以通讯作者发表的Nat Nanotechnol、Nat Commun、Adv Mater、JACS、Nano Lett、ACS Nano、Adv Funct Mater等，引用2000余次 (Web of Science)，申请发明专利20余项（获授权8项,许可1项）。 相关研究成果曾被Nature Nanotechnology、C&E News、Scientific American、 PhysOrg.com、Nanotechweb、Nanowerk、Advanced Science News、Materials Views、人民日报、科技日报、参考消息、华盛顿邮报等报道。