最近，基於單電極的摩擦電傳感器TENG（STENG）將可以兩個電極減少到一個，其降低了電子皮膚的複雜性。但是，TENG基電子皮膚更適用於動態追蹤，卻無法提供有關溫度的信息。實際上，單電極傳感器依賴於電荷轉移，大多數納米發電機都可以實現。所以基於壓電納米發電機（PENG）傳感器也將實現單電極組態。作爲優良的高分子壓電材料，聚偏二乙烯氟化物（PVDF）具有柔韌性、低密度、低熱性導電性和高化學穩定性，這些特性與人體皮膚想吻合。憑藉其壓電性，PVDF可以用於觸覺傳感器陣列、低價應變計和輕量級音頻傳感器。電紡 PVDF超薄光纖沒有常規極化條件下直接用於發電和傳感。靜電紡絲有利於製備大規模纖維膜，有利於規模化生產這種電子皮膚。

近日，青島大學龍雲澤教授團隊在著名國際期刊ACS Nano發表題目爲“Bionic Single-Electrode Electronic Skin Unit Based on Piezoelectric Nanogenerator”的文章。該研究基於靜電紡PVDF納米纖維的單電極壓電納米發電機（SPENG），其可以在一個單元上實現壓力的穩態傳感和冷/熱傳感。單電極配置引入穩態傳感，當壓力保持不變時，會有電壓輸出，當壓力消失時，電壓消失；這個壓電電壓僅取決於壓力而且傳感器區域改變時不會改變。而且，冷和熱傳感顯示脈衝信號，因此可以很容易地分離壓力信號。用氧化銦錫（ITO）玻璃很容易地實現透明的傳感器的透明界面。研究者測試了電子皮膚壓力、溫度傳感性能和映射。因此，使用成本效益的PVDF和非常簡單的靜電紡絲法可大規模的製備PVDF納米纖維，由此構建的電子皮膚可用於機器人的功能系統。

圖1.製作單電極電子皮膚。（a）製造工藝流程。（b）靜電紡絲過程中PVDF分子結構的變化。（c）使用手持式靜電紡絲裝置製造電子皮膚的過程的照片。

圖2.兩種不同形式的電子皮膚的結構和屬性。(a) 金電極上的電子皮膚的照片。 (b) PVDF膜的SEM圖像和納米纖維直徑分佈圖。(C) 使用ITO電極的電子皮膚。(d) 具有ITO電極的e-皮膚的UV.vis吸收光譜。

圖3.單電極皮膚的工作機制。(a) 電子皮膚的結構和原理。(b，c) 當裝置施加衝擊和釋放應變時，由於壓電效應引起的電信號。(d，e) 應用彎曲和不彎曲時的裝置，由於壓電效應引起的電信號。(f，g) 由於加熱和冷卻時器件的熱電效應引起的電信號。(h，i) 計算電偶極子變化前後的電位分佈。

圖4.不同條件下電子皮膚的開路電壓信號：(a) 0.1 Hz以下的重複壓縮衝擊，(b) 相同的壓力下，不同的膜面積，(c) 具有相同的膜面積，壓力不同，(d) 在反覆壓縮下衝擊60分鐘，(e) 0.8赫茲反覆彎曲和不彎曲。(f) 在相同的對比溫度下施加相同的溫度。(g) 在不同的初始溫度下施加相同的溫度梯度。 (h) 不同條件下PVDF的I.V曲線溫度。

圖5.（a，b，c）手、腳跟和關節模仿拍桌子、走路、跑步和不同頻率的電子皮膚的照片彎曲和相應的輸出電壓。(d) 模擬用帶有電子皮膚的手觸摸並移開熱水杯（約87°C）和相應的輸出電壓。

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