电子皮肤(E-Skin):历史、设计与前沿进展

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电子皮肤(E-Skin)的发展历程是一个融合生物学、材料科学与信息技术的交叉领域,它源于对人类皮肤卓越性能的模仿和超越。自从人类皮肤的复杂结构和功能引起了科学家们的注意,特别是其作为感官输入的关键组件以来,E-Skin的研究一直在不断推进。自20世纪末起,随着柔性电子技术的进步,研究人员开始探索如何设计和制造出具有高度柔韧性、可扩展性和生物相容性的电子器件网络,以复制皮肤的触觉、热感应等功能。 早期的E-Skin研究侧重于基础材料和传感器的设计,如利用导电聚合物、有机半导体材料和纳米材料来构建传感器阵列。这些早期作品展示了电子皮肤在分辨率和热敏感性方面的潜在优势,比如能够实现比人体皮肤更精确的触觉感知。例如,通过微纳工程,能够制作出薄膜传感器,这些传感器能够捕捉微小的压力变化,甚至可以检测到液体流动或化学物质的存在,这些都是传统电子设备难以比拟的。 然而,E-Skin真正的价值在于其集成化和多功能性。为了模拟皮肤的全面功能,研究者们开始将多种传感器融合在一起,包括生物传感器(如血糖监测、气体检测)、化学传感器以及生物兼容的能源收集模块(如生物电能量转换),从而实现自我供电,这使得电子皮肤具备了更为持久和自主的工作能力。此外,生物降解性也成为E-Skin设计中的关键考虑因素,使得这种技术在医疗应用中具有更高的可持续性和安全性。 在未来,E-Skin的应用前景广阔,涵盖了人机交互、智能穿戴设备、假体、医疗诊断与治疗等多个领域。自主智能机器人的皮肤、仿生假肢、健康监测贴片以及环境适应性表面,都将是E-Skin技术展现其潜力的舞台。随着研究的不断深入和集成技术的突破,人们期待在不远的将来能够创造出功能齐全、接近真实皮肤体验的完全集成式电子皮肤。 总结来说,电子皮肤的发展历程是一场从基础材料到系统集成的革命,它不仅需要深入理解生物学原理,还需要结合材料科学、电子工程和生物医学的前沿技术。随着对皮肤功能的深入模拟和对性能提升的不懈追求,电子皮肤正逐步向更加智能化、个性化和生物相容性的方向迈进,展现出无限的创新可能性。

n the present research, a hybrid laser polishing technology combining pulsed laser and continuous wave laser was applied to polish the surface of laser directed energy deposition (LDED) Inconel 718 superalloy components. The surface morphology, microstructure evolution and microhardness of the as-fabricated, the single pulsed laser polishing (SPLP) and the hybrid laser polishing (HLP) processed samples were investigated. The results revealed that the as-fabricated sample has a rough surface with sintered powders. In the matrix, the NbC carbide and Cr2Nb based Laves phase array parallel to the build direction and the small γʺ-Ni3Nb particles precipitate in matrix uniformly. The surface roughness of the as-fabricated sample is 15.75 μm which is decreased to 6.14 μm and 0.23 μm by SPLP and HLP processing, respectively. The SPLP processing refines the grains and secondary phase significantly in the remelted layer which is reconstructured with the cellular structure and plenty of substructures. The HLP processing also refines the grain and secondary phase but the secondary phases still exhibit array distribution. In addition, the tangled dislocations pile up along the interface of secondary phases. Compared with the as-fabricated sample, the SPLP processing decreases the surface microhardness but the HLP processing increases the surface microhardness, and the Young's elasticity modulus of surface layer is improved by SPLP and HLP processing to 282 ± 5.21 GPa and 304 ± 5.57 GPa, respectively. 翻译

2023-07-25 上传