來源：學術頭條撰文：楊逍圖｜一種可以佩戴在人體指關節上的彈性發光材料（來源：斯坦福大學）如果在不久的將來 你的智能手機、傢中的 75 英寸電視或者其他電子産品 Nature：鮑哲南團隊研發新型可穿戴顯示器，電子皮膚時代加速到來 - 趣味新聞網

來源：學術頭條

撰文：楊逍

圖｜一種可以佩戴在人體指關節上的彈性發光材料（來源：斯坦福大學）

如果在不久的將來，你的智能手機、傢中的 75 英寸電視或者其他電子産品，都因可以被任意彎麯或摺疊而具備各種充滿想象力的新功能，會是一種怎樣的體驗？

想象一下， 此時在你的麵前，有一個可以任意變形的交互式屏幕，屏幕的顯示內容與呈現形式可以根據你們的即時交互內容而實時變化 ，甚至讓你有一種沉浸式的感官體驗。

不可否認的是，這種人機交互方式，有點腦洞大開、前所未有。

事實上，我們身邊的手機、電視等電子設備的屏幕，依然是扁平的、僵硬的和易碎的，缺乏與用戶進行交互響應的重塑能力。

如今，來自斯坦福大學、天津大學的研究團隊及其閤作者，或許可以將人機交互方式變得更加充滿想象。

研究團隊設計瞭一種極富彈性的可穿戴顯示器――可拉伸全聚閤物發光二極管（APLED） ，APLED 具有很好的明亮度和耐用性，顯示器的最大亮度至少是手機的 兩倍 ，在拉伸至原有長度 兩倍 時仍能正常工作。

圖｜APLED 可以伸展至 2 倍長而不會損壞撕裂（素材來源：YouTube）

這種全聚閤物薄膜可以粘在手臂或手指上，在彎麯或彎麯時不會撕裂，這將使可穿戴顯示器直接附著在皮膚上。

這一設計或標誌著高性能可拉伸顯示器的重要進展，為電子皮膚和人-電子應用奠定基礎。

相關研究論文以「High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution」為題，已發錶在權威科學期刊Nature上。

（來源：Nature）

論文通訊作者、斯坦福大學化學工程係教授鮑哲南錶示， APLED 具備可拉伸顯示器的多種其他潛在用途，比如可以用來製作可變形的交互式屏幕，甚至可以在地圖上形成三維景觀等。

「想象一個顯示器，你可以在屏幕上看到和感覺到三維物體，」鮑哲南說，「這將是一種全新的遠程互動方式。」

魚和熊掌，可兼得

如今，越來越多的可穿戴電子産品，比如生物傳感器、智能手錶、柔性發光器件、柔性顯示器和電子皮膚等，開始齣現在我們的日常生活中。

它們體積輕巧、佩戴方便，具備成像、治療、對身體健康指標和疾病進行早期監測等多種功能。

但是，這些可穿戴電子産品也存在一些非常明顯的缺點。

例如，貼閤在皮膚上的理想發光二極管（LED）顯示器需要摸起來柔軟，可拉伸且明亮度好，但目前的可拉伸發光裝置大部分是用無機材料製成的，盡管科學傢可以通過添加橡膠等彈性絕緣材料來增加它們的彈性，但這些添加劑也會同時降低它們的導電性，二者不可兼得。

因此，如何解決這一問題，是近年來全球科學傢們都在廣泛關注的熱點。

在大約三年前，論文的共同一作、鮑哲南團隊的博士後學者張智濤恰好發現瞭一種被稱為「SuperYellow」的黃色發光聚閤物 ，這種聚閤物的功能就像燈泡中的燈絲，當與一種聚氨酯（一種有彈性的塑料）混閤時，不僅會變得柔軟柔韌，還能發齣更亮的光。

「如果我們加入聚氨酯，我們會看到 SuperYellow 形成納米結構，」張智濤說，「這些納米結構非常重要，它們像魚網一樣連接在一起，使脆性聚閤物變得可拉伸、發齣更亮的光。」

圖｜APLED 隨手指彎麯而被拉伸（來源：Nature）

與添加橡膠不同的是，使 SuperYellow 具有彈性的納米縴維網不會阻礙電流――這是開發一種明亮顯示器的關鍵。

也正是基於此，研究團隊完成瞭 APLED 的設計和製作流程。

在這一發現之後，該團隊還創造瞭有彈性的紅色、綠色和藍色發光聚閤物。

有瞭可拉伸的發光聚閤物，研究小組需要將電子顯示屏的其餘部分組閤在一起。

「找到閤適的材料非常具有挑戰性。在電子學方麵，它們必須相互匹配，纔能顯示齣高亮度。但是，這些材料也需要有同樣好的機械性能，來保證顯示器可拉伸。」鮑哲南解釋道。

因此， 研究人員必須找到一種方法，即使將多種材料堆疊在一起，也不會降低顯示器的亮度。

顯示器的最終設計包含 7 層 ：兩個外層是封裝設備的基闆，嚮內是兩個電極層，每個電極層後是電荷傳輸層，發光層被夾在中間。

圖｜APLED 結構示意圖（來源：Nature）

當電流通過顯示器時，一個電極嚮發光層注入正電荷，而另一個電極嚮發光層注入帶負電荷的點子。當這兩種電荷相遇後，它們會相互作用並進入能量激發態，緊接著就會産生一個光子，多個光子聚集成明亮的光。

此外， 為瞭使得 APLED 可以貼在人體皮膚上進行長時間工作，研究團隊還使用瞭一種靈活的無綫能量采集係統 ，通過無綫電波為 APLED 供電，並證明瞭 APLED 能夠跟上心跳節拍，實時顯示脈搏信號。

電子皮膚：可穿戴設備的終極形態

在古代亞洲和歐洲，「割肉補瘡」有著近 2500 年的曆史，隻不過考慮到當時的醫療和麻醉水平，這似乎更像是一種「酷刑」。

而對皮膚組織的不可修復性損壞，考慮到身體排斥性反應，植皮幾乎是唯一選擇。

現代植皮手術最早齣現在 19 世紀末。醫生主要靠切取患者自身或他人皮膚進行移植修復，這一過程非常疼痛，而且大麵積皮膚損傷患者的植皮來源也是問題。

基於以上原因，超仿真電子皮膚模型應運而生。

電子皮膚模擬、還原甚至取代機體皮膚，需要具備感覺和觸覺，即與人體皮膚一樣感知不同外界壓力、暢通傳導觸覺信號的最基本功能。

但電子皮膚的應用絕不局限在醫學領域 ，比如還可以應用在智能機器人領域，幫助機器人敏感獲知環境信息，同時賦予其機械靈活性。

而在可穿戴電子産品方麵，電子皮膚被認為是可穿戴設備的終極形態。

作為一種可嵌入或覆蓋人體的設備，電子皮膚或將是人體健康最好的風嚮標。

2020 年，來自科羅拉多大學博爾德分校的研究人員，就開發瞭一種「真正可穿戴」的電子設備。這種可穿戴設備不僅可以執行一係列感官任務（比如測量體溫或追蹤日常步數），還可以進行自我修復。更重要的是，這款可穿戴設備可以被設計成適閤人們身體任何部位的形狀。

https://www.youtube.com/watch?v=6MFb-XwTFuQ&ab_channel=NPGPress

https://www.eurekalert.org/news-releases/947103

https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_skin