电子皮肤是一种新兴的使人与机器实现无缝衔接的人机界面技术,在未来的健康监测、个人电子设备以及智能机器人等方面有着巨大的应用前景。最近,人体皮肤和生物皮肤的生物模拟学已经成为开发新型的多功能电子皮肤的一个重要灵感来源。人体皮肤是人类最大的感知器官,它可以感受压力、温度、湿度等等,电子皮肤在研究开发的过程中,除了应该具有类似人体皮肤的触觉感知和延展功能,还应该具有类似人体皮肤的舒适性。温度调节是人体皮肤的重要功能之一,人体皮肤通过它表面的温度感受器向体温调节中枢传送过冷或过热的信息,从而由体温调节中枢控制血管和汗腺来调节人体体温,因此,在电子皮肤的发展中温度调节功能也是需要被考虑的。目前,电子皮肤的热管理方法主要是使用多孔结构或隔热材料,然而,这些传统的热管理方式只能通过加速皮肤散热或者隔绝外界热传递的方式,这些方式无法精准的维持人体皮肤温度在其舒适温度区间,相比之下,人体皮肤的温度调节是一个根据周围温度变化的主动动态调节过程。因此开发一种类似人体皮肤的动态热管理电子皮肤是必要的。本文以镓、铟和锡为主要材料的液态金属基电子皮肤,这种液态金属的相变温度在人体皮肤的舒适温度范围内,并且使用生物相容性良好的硅胶弹性体作为封装材料,制备了一种集热管理、自驱动供电和智能控制功能于一体的电子皮肤,并对它的热管理能力与电输出性能进性研究。主要的研究内容如下:我们通过控制液态金属的熔点在人体皮肤的舒适温度范围内,开发了一种以液态金属为相变材料的动态热管理与自驱动的电子皮肤,与传统电子皮肤的温度调节方式相比,面对外界过冷或过热的环境,由液态金属构成的电子皮肤可以通过相变的方式动态地吸收或释放热量,以延长人体皮肤舒适温度的持续时间。结合摩擦纳米发电机的原理,这种动态热管理电子皮肤也可以作为一种自驱动的能量收集装置,通过收集人体活动产生的机械能,将动态调温电子皮肤与能源管理系统相连接,从而实现给智能手环充电的功能。基于这种自驱动的动态热管理电子皮肤,进一步开发了一种智能拨号通信系统,通过模拟人体皮肤的触觉感知功能,使动态热管理电子皮肤与手机的拨号键结合起来,将电子皮肤附着在人体皮肤上与电路管理与控制系统连接实现拨打手机的功能。本研究利用液态金属的相变将动态热管理概念引入到电子皮肤中,为提高电子皮肤的使用舒适性提供了新的方向。这种具有热管理、自驱动供电和智能控制功能的动态调温电子皮肤可以为电子皮肤的发展开辟新的研究方向。