電子皮膚具有人體皮膚特有的感知功能，能使裝備獲得靈敏感知能力，為人機(jī)共處提供安全保障，為人機(jī)協(xié)作提供交互手段。隱身是人類長期以來的夢想，無論在學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界還是國防領(lǐng)域都有著非常廣闊的應(yīng)用前景。如何兼容智能感知和隱身功能，使裝備能夠?qū)ν飧兄耐瑫r無法被外界感知，以適應(yīng)復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境和任務(wù)需求是一個巨大的挑戰(zhàn)。
針對這一挑戰(zhàn)，同濟(jì)大學(xué)邱軍教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種類珊瑚狀多尺度復(fù)合材料，通過仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能感知和隱身功能的兼容。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)得益于材料獨(dú)特的泡沫結(jié)構(gòu)以及微納組分的協(xié)同作用，這些元素的電磁耦合效應(yīng)大幅增強(qiáng)了對太赫茲波的吸收與衰減能力，同時通過低紅外發(fā)射率成分和低熱導(dǎo)率結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了紅外波的隱身功能。更為重要的是，當(dāng)復(fù)合材料受到不同應(yīng)變刺激時，內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)變化產(chǎn)生不同的電信號，賦予其智能感知功能。因此，智能感知、太赫茲隱身、紅外隱身三種功能在一種復(fù)合材料上實(shí)現(xiàn)了兼容（圖1）。
圖1 基于天然珊瑚的智能感知和電磁隱身一體化復(fù)合材料的仿生機(jī)理 智能感知和電磁隱身一體化復(fù)合材料的靈感來自于天然珊瑚的功能。當(dāng)海水經(jīng)過珊瑚消化循環(huán)腔時，其中的鈣和二氧化碳被珊瑚觸手吸收。復(fù)合材料吸收電磁波作用類似于珊瑚這種吸收海水中營養(yǎng)物質(zhì)的行為，當(dāng)電磁波進(jìn)入材料內(nèi)部，通過多重反射和散射、極化損耗、傳導(dǎo)損耗和磁損耗以及1/4波長共振機(jī)制被吸收掉。該復(fù)合材料在太赫茲波段顯示出高達(dá)84.8 dB的最大反射損耗值，有效吸波帶寬覆蓋0.2-2.0 THz頻段。熱紅外圖像的結(jié)果顯示，該復(fù)合材料與商用隔熱材料相比表現(xiàn)出更低的表面溫度，且隨著時間的增加溫度基本不變，具有穩(wěn)定的熱屏蔽能力。將材料置于掌心，觀察到其與環(huán)境顏色相近，表明在紅外輻射下不可見。在不同供電電壓下，材料還能像“變溫龍”一樣快速調(diào)整自身溫度，達(dá)到動態(tài)紅外隱身的效果（圖2）。 圖2復(fù)合材料的太赫茲、紅外波譜段隱身性能及其自適應(yīng)性 當(dāng)珊瑚觸手感知到微小的外部刺激時，會通過擴(kuò)散的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞刺激信號。這種智能感知和電磁隱身一體化復(fù)合材料的電子皮膚功能類似于珊瑚觸手，其受到外部刺激時，通過傳輸電路傳遞電信號生成用于決策的信息。即使對該復(fù)合材料進(jìn)行多次壓縮-釋放，電流信號的變化都基本保持穩(wěn)定，并且能準(zhǔn)確地檢測到壓縮速度的快慢，表現(xiàn)出高重復(fù)性和高靈敏度。同時，其可作為皮膚傳感器，通過感應(yīng)人體運(yùn)動并將觸覺信息轉(zhuǎn)換為電信號，為健康監(jiān)測提供解決方案（圖3）。 圖3復(fù)合材料在不同運(yùn)動程度下的感知性能 這項(xiàng)研究工作在復(fù)合材料自我感知能力、自我防護(hù)能力和適時應(yīng)變能力方面取得了重要進(jìn)展，為裝備自主感知和智能電磁防護(hù)開辟了新方向。研究也為未來可穿戴設(shè)備、智能裝備、健康監(jiān)測等領(lǐng)域的研發(fā)提供了理論支撐。 論文信息 Coral-Inspired Terahertz-Infrared Bi-Stealth Electronic Skin Shangjing Li, Kaichao Pan, Jiang Du, Zunfeng Liu, Jun Qiu 同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生李尚婙為論文的第一作者，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院邱軍教授、杜江副教授、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉遵峰教授為論文的共同通訊作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202406177
