隨著醫療健康、智能機器人和可穿戴設備領域的蓬勃發展，可穿戴e-skin作為增強人機交互與智能感知的核心技術已取得重要突破。然而，現有技術在能量采集、自供電性能及復雜環境適應性方面仍面臨諸多限制，例如無法在高濕度、極端溫度條件下維持可靠性能。基于摩擦電效應的可穿戴e-skin為解決這些問題提供了一條全新路徑。鑒于絕大多數固體、液體及氣體在接觸-分離過程中均可產生摩擦電效應，這種普適性賦予了摩擦電e-skin極為豐富的材料選擇與結構設計空間。因此，深入探究智能摩擦電材料的研究進展，系統分析其結構設計與功能特性，并重點探討基于這類材料的e-skin在醫療監測、運動傳感和人機交互等可穿戴領域的代表性應用至關重要。

近日，聶雙喜教授課題組就合理設計用于可穿戴e-skin的智能摩擦電材料的結構與功能特性，及其可穿戴e-skin用于運動傳感及新興應用的研究進展進行綜述。文章旨在從發展趨勢、結構設計、功能特性以及其應用領域對智能摩擦電材料用于可穿戴e-skin作全面回顧。系統地梳理了1D纖維-2D纖維織物-3D凝膠的摩擦電材料在e-skin開發中的應用路徑，重點討論了摩擦電材料的多功能特性。此外，深入探討其在醫療保健、運動傳感及人機交互等可穿戴領域的代表性應用。最后，針對TENG基的可穿戴e-skin在多功能材料復合、復雜環境下長期穩定性及高集成度與智能制造驅動的性能平衡等方面存在的挑戰與機遇進行展望。該項成果以題為“Intelligent triboelectric materials for active-sensing wearable e-skin”發表于材料領域國際頂級學術期刊Materials Today（影響因子22.0）。2022級本科生何碧瑩為本文第一作者，聶雙喜教授為通訊作者，劉艷華、韋芷婷、王金龍、蒙香江、蔡晨晨、遲明超等參與研究。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.08.008

圖1、用于電子皮膚的智能摩擦電材料的設計策略、功能特性和應用示例

1、智能摩擦電材料

（1）智能摩擦電材料的發展趨勢

摩擦起電是一種普遍存在于兩種異質界面之間的普遍電學現象，回顧近十余年的發展脈絡，發現用于e-skin的摩擦電材料演進始終圍繞著“結構-功能協同”這一主線不斷深化。實現了從單一感知向多功能感知轉變，同時向著更舒適、環境自適應與智能方向持續邁進。

圖2、智能摩擦電材料的發展趨勢

（2）智能摩擦電材料的設計

電子皮膚從單一壓力傳感向多感知、多功能融合演進，這一變化正依賴于摩擦電材料從1D納米/微米纖維到2D織物或薄膜再到3D凝膠等多形態智能摩擦電材料的結構遞進。1D纖維憑借卓越的柔韌性與可恢復摩擦性能，奠定了傳感響應的基礎。2D織物或薄膜憑借其大的比表面積和均勻分布實現數字化、可視化的雙通道壓力傳感，同時兼具優異的延展性和透氣性。3D凝膠立體結構模仿人體皮膚，實現了多點分布式感應精度與實時連續的多種生理信號監測。

圖3、二維纖維織物/膜的設計策略

圖4、三維凝膠的設計

2、用于電子皮膚的智能摩擦電材料的功能特性

（1）可拉伸特性

可拉伸性作為可穿戴e-skin最核心的特性之一，直接決定了設備在動態形變（如拉伸、彎曲等）下的可靠性和耐久性。優異的可拉伸性不僅能夠適應人體運動的大范圍形變，還能避免因反復機械應力導致的永久性結構損傷，從而確保設備在復雜工況下的穩定運行。目前，提升可拉伸性的主要策略可歸納為兩類：一是采用本征可拉伸的柔性材料，二是通過精巧的微結構設計賦予剛性材料可變形能力。

圖5、摩擦電材料的可拉伸特性

（2）自愈合特性

組件的劃傷或結構損傷不僅會顯著降低其傳感靈敏度，還可能損害其功能性，導致材料的環境適應性大幅下降。受人體皮膚自修復機制的啟發，提升材料的機械穩定性和化學耐久性是實現系統可靠運行的關鍵。對于具有自修復特性的摩擦電材料而言，由于電荷轉移能力的局限性，如何在自愈過程與摩擦電性能之間取得最優平衡，成為開發高性能TENG基電子皮膚的核心挑戰之一。

圖6、摩擦電材料的自愈合特性

（3）防水透氣性

眾所周知，人體皮膚通過水分蒸發實現排汗這一重要生理功能。然而，傳統不透氣的e-skin會嚴重阻礙皮膚與環境之間的氣體交換，導致汗液在器件/皮膚界面不斷積聚。這種水分積累不僅會顯著降低界面粘附強度，引發器件移位甚至脫落等問題，還會因電荷屏蔽效應導致TENG基e-skin的輸出性能和傳感信號明顯衰減。更為嚴重的是，長期密閉環境可能引發皮膚不適甚至炎癥反應。因此，在TENG基電子皮膚的研發中，實現優異的防水性能與透氣性的協同優化，成為確保器件長期穩定工作與穿戴舒適性的關鍵設計要素。

圖7、摩擦電材料的防水與透氣特性

（4）生物相容性

電子皮膚作為與人體直接接觸的功能性材料，其生物相容性至關重要。理想的e-skin不僅需要具備良好的穿戴舒適性，更應確保不會對人體造成任何潛在健康風險。具體而言，在與生物組織長期接觸過程中，e-skin摩擦電材料應當滿足以下關鍵要求：首先，材料本身及其降解產物必須完全無毒無害；其次，不會誘發機體的免疫排斥反應；再者，要避免引起局部組織炎癥或過敏反應；最終目標是實現與人體組織的完美生物整合，達到真正的“人機共生”狀態。這些生物相容性指標是電子皮膚能否實現臨床應用的決定性因素。

圖8、摩擦電材料的生物相容性

（5）高靈敏性

高靈敏度和低檢測限是自供電式e-skin在健康監測應用中的關鍵性能指標。研究表明，通過在摩擦電材料中構建微/納米結構（如微柱、納米纖維或多孔網絡），可有效增強其傳感靈敏度。此外，在摩擦電功能層間引入微結構設計（如表面圖案化或中間層調控），能夠動態優化界面電荷轉移行為，從而進一步提升器件性能。這一策略已被多項研究證實是提升e-skin靈敏度的有效途徑。

圖9、摩擦電材料的高靈敏性

3、可穿戴電子皮膚的應用

（1）醫療保健

智能e-skin在個性化醫療保健和物聯網領域展現出廣闊的應用前景，其無感化集成特性使其能夠深度融入日常生活，為用戶帶來更智能、便捷和舒適的體驗。然而，當前可穿戴技術在臨床轉化與實際應用層面仍存在顯著的技術瓶頸。基于摩擦電技術的e-skin系統，憑借其高靈敏的步態分析能力和精準的腰部動作捕捉性能，為構建人工智能驅動的物聯網醫療體系提供了一種低成本、高能效且適應性強的創新解決方案。

傳感技術的蓬勃發展為萬物互聯的物聯網時代提供了關鍵的技術支撐。其中，基于運動交互傳感器的可穿戴e-skin研究近年來取得了顯著突破。基于TENG基的可穿戴e-skin可直接貼合于人體皮膚，實時捕獲多種生理信號及運動活動數據，進而實現對人體運動生物力學信息的精準、多模態監測。

圖10、可穿戴電子皮膚在醫療保健和運動傳感中的應用

（2）人機交互

隨著信息技術的迅猛發展，人機交互關系正日益成為數字化時代的核心議題。傳統交互設備在穿戴舒適性、環境適應性和智能響應等方面已顯現明顯局限，如何構建以用戶體驗為中心的新型人機交互系統成為當前研究的關鍵突破點。研究發現，通過實時監測手部運動引發的前臂皮膚動態形變，不同機械刺激下產生的摩擦電信號具有顯著特征差異，這一現象為開發高靈敏度、多功能集成的可穿戴電子皮膚提供了新思路。基于此設計的智能人機界面不僅具備優異的舒適性，更能實現精準的手勢識別功能，為人機交互方式帶來革命性創新。

圖11、可穿戴電子皮膚在人機交互界面的應用

在全球人口持續增長與仿生技術迅猛發展的時代背景下，醫療健康、電子工程與數字技術的協同突破，推動了基于智能摩擦電材料的可穿戴電子皮膚技術呈現爆發式發展態勢。本綜述立足于材料功能化設計視角，系統闡釋了1D纖維結構、2D織物/薄膜以及3D凝膠網絡的分子設計與多尺度復合策略。繼而重點剖析了可拉伸力學性能、自修復特性、防水透氣功能以及生物相容性等核心功能特性在可穿戴電子皮膚中的創新應用價值。基于此，全面評述了其在醫療健康監測、運動生物力學傳感、智能人機交互等前沿領域的最新研究突破。最后，從材料-器件-系統多層級集成的角度，深入探討了該領域未來發展的關鍵科學問題與技術挑戰。