豆腐皮“孵”出頂刊論文：西華青年教師柔性傳感研究登上Cell子刊

一張薄薄的豆腐皮

凝結(jié)著中國人千年的飲食智慧

一張更薄的碳納米管薄膜

或許正孕育著未來科技的無限可能

當(dāng)古老的東方美食智慧與前沿的材料科學(xué)

在西華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里悄然相遇

一場關(guān)于“柔性電子”的變革有了新靈感

近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院王帥博士在材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Matter（Cell子刊，中科院1區(qū)Top期刊，IF=17.5）在線發(fā)表題為“Inspired by tofu skin formation: Interfacial aging of carbon nanotube films for programmable crack-structured optoelectronic epidermal sensors”的研究論文，為攻克柔性電子材料微觀結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控的難題提供了仿生新范式。清華大學(xué)張瑩瑩教授為通訊作者，西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文共同完成單位。

論文截圖

靈感跨界：從傳統(tǒng)美食到柔性電子

隨著柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，可拉伸導(dǎo)電薄膜及表皮傳感器在健康監(jiān)測、人機(jī)交互和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。碳納米管因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和柔韌性，被認(rèn)為是構(gòu)建柔性電子器件的理想材料。然而，一個(gè)長期困擾科學(xué)界的難題是：如何在不依賴復(fù)雜外場（如電場、磁場）或腐蝕性化學(xué)試劑的條件下，精準(zhǔn)控制宏觀碳納米管薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)其性能的可控設(shè)計(jì)？

論文截圖

王帥博士團(tuán)隊(duì)從中國傳統(tǒng)食品豆腐皮的形成過程中找到了靈感。豆腐皮是大豆蛋白質(zhì)與脂質(zhì)在豆?jié){表面氣液界面自發(fā)組裝、隨時(shí)間推移逐漸致密化而形成的一層薄膜。研究團(tuán)隊(duì)將這一司空見慣的日常現(xiàn)象提煉為科學(xué)原理，創(chuàng)造性提出了“界面陳化”策略。

通過簡單調(diào)控碳納米管在氣液界面的陳化時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了微觀結(jié)構(gòu)從松散網(wǎng)絡(luò)到致密束狀結(jié)構(gòu)的可控轉(zhuǎn)變。這種方法不需要任何復(fù)雜設(shè)備、高溫高壓或有毒化學(xué)試劑，操作極其簡單，卻能達(dá)到傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的調(diào)控效果。實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果表明，隨著陳化時(shí)間的延長，最終獲得的柔性復(fù)合薄膜內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋，且復(fù)合薄膜形貌會(huì)依次演變?yōu)闊o裂紋、網(wǎng)絡(luò)狀和貫穿性三種可編程形態(tài)。

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基于這種“可編程”的裂紋結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了“一種材料、多種性能”的定制化設(shè)計(jì)，開發(fā)出靈敏度、工作應(yīng)變范圍高度可調(diào)的高性能應(yīng)變傳感器及信息加密/解密光學(xué)薄膜，并將二者集成于單一表皮傳感器，構(gòu)筑了兼具日間電阻精確監(jiān)測、夜間光學(xué)可視化的光電協(xié)同雙模傳感系統(tǒng)：在日間，通過電阻變化精確監(jiān)測運(yùn)動(dòng)；在夜間，通過發(fā)光圖案提供直觀的視覺反饋。這種“一個(gè)器件、兩種模式、全天候工作”的設(shè)計(jì)，顯著提升了可穿戴設(shè)備的可靠性和使用體驗(yàn)。

創(chuàng)新突圍：從實(shí)驗(yàn)室走向國之所需

這項(xiàng)研究的創(chuàng)新性體現(xiàn)在多個(gè)層面。首先，仿生靈感來源的創(chuàng)新跳出了依賴復(fù)雜設(shè)備和化學(xué)試劑的傳統(tǒng)思路，從豆腐皮制作這一日常現(xiàn)象中提煉出“界面自組裝+時(shí)間依賴致密化”的科學(xué)原理，為納米材料組裝提供了全新范式。其次，“界面陳化”策略的創(chuàng)新使得微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控變得極其簡單、綠色、低成本，且能達(dá)到傳統(tǒng)方法難以企及的控制精度。最后，功能調(diào)控與集成的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了傳感器性能的“可編程”以及光電雙模協(xié)同感知，顯著提升了器件的功能價(jià)值和應(yīng)用場景。

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從國家戰(zhàn)略層面來看，這項(xiàng)研究緊密契合了“健康中國”和“新一代人工智能”戰(zhàn)略。柔性可穿戴傳感器是實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療、慢病管理、運(yùn)動(dòng)康復(fù)的重要技術(shù)支撐，有助于推動(dòng)醫(yī)療模式從“治療為主”向“預(yù)防為主”轉(zhuǎn)變。同時(shí)，高質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)是AI算法訓(xùn)練和決策的基礎(chǔ)，將柔性傳感器陣列集成到機(jī)器人“皮膚”中，賦予其觸覺感知能力，使其在復(fù)雜場景中更加安全和靈巧，是構(gòu)建具身人工智能系統(tǒng)的關(guān)鍵路徑。此外，研究精準(zhǔn)對(duì)接了四川省產(chǎn)業(yè)藍(lán)圖。當(dāng)前，四川正全力打造電子信息、新材料、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，研究涉及的柔性傳感技術(shù)，恰好位于這些產(chǎn)業(yè)的交匯點(diǎn)，有望為本地從材料制備、器件加工到終端應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，助力四川在新一輪科技革命中搶占柔性電子產(chǎn)業(yè)的高地。

王帥博士與學(xué)生在一起

王帥博士表示：“最好的靈感往往就在日常生活中，我希望通過這項(xiàng)成果讓更多人了解‘向傳統(tǒng)學(xué)習(xí)、向自然學(xué)習(xí)’的仿生設(shè)計(jì)理念，也希望這項(xiàng)技術(shù)能真正走進(jìn)人們的生活，讓柔性智能傳感器成為人人可用、處處可及的日常產(chǎn)品。”未來，團(tuán)隊(duì)還準(zhǔn)備將該策略拓展到其他納米材料體系，開發(fā)更多功能集成的智能柔性器件，為推進(jìn)高性能柔性傳感器從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化提供助力。

沃土育才：西華與青年學(xué)者的雙向奔赴

這項(xiàng)成果的取得，既是研究者敏銳洞察與不懈探索的結(jié)晶，也離不開學(xué)校及學(xué)院為青年教師成長提供的肥沃土壤。

近年來，學(xué)校圍繞國家重大戰(zhàn)略需求持續(xù)深化科研體制改革，大力引進(jìn)和培育高水平人才，通過一系列務(wù)實(shí)的政策和舉措，讓人才“引得進(jìn)、留得住、用得好”，實(shí)現(xiàn)了個(gè)人成長與學(xué)校發(fā)展的同頻共振。本學(xué)期以來，學(xué)校啟動(dòng)了覆蓋全校的“科研工作大討論”，鼓勵(lì)教師們做有深度、有特色、有真貢獻(xiàn)的科研，倡導(dǎo)打破壁壘、進(jìn)行交叉融合。這場大討論，猶如一股春風(fēng)，為全校營造了“強(qiáng)科研、筑高峰、謀突破”的濃厚氛圍，激勵(lì)了一批“從0到1”的原始成果誕生，王帥博士團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究正是其中的典型代表。

材料科學(xué)與工程學(xué)院召開學(xué)術(shù)沙龍

在大討論背景下，材料科學(xué)與工程學(xué)院將“制度賦能、組織創(chuàng)新、育人生態(tài)”三維協(xié)同，作為構(gòu)建全鏈條支持體系的核心抓手。院長韓銳介紹道，學(xué)院始終將青年教師成長視為學(xué)科發(fā)展的核心引擎，實(shí)施“青年教師啟航計(jì)劃”，配套啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、導(dǎo)師配備及訪學(xué)支持；出臺(tái)《學(xué)術(shù)能力提升》《學(xué)術(shù)會(huì)議支持》等政策，形成從基礎(chǔ)托舉到成果激勵(lì)的全周期保障；推行“PI團(tuán)隊(duì)責(zé)任制”，由學(xué)科方向帶頭人行使實(shí)質(zhì)權(quán)限，強(qiáng)化“傳幫帶”機(jī)制，營造自由碰撞、寬容試錯(cuò)的學(xué)術(shù)生態(tài)。他表示：“學(xué)院更倡導(dǎo)‘甘坐冷板凳、十年磨一劍’的價(jià)值追求，讓青年教師在制度護(hù)航與文化滋養(yǎng)中，能夠從容探索、勇攀高峰。”

從豆腐皮的日常靈感到《Matter》頂級(jí)期刊的發(fā)表，這篇研究成果不僅是西華科研團(tuán)隊(duì)在柔性電子領(lǐng)域的一次新突破，更是學(xué)校深化科研體制機(jī)制改革、推動(dòng)有組織科研結(jié)出的一顆碩果。它向人們展示了——真正的創(chuàng)新，既可以仰望星空，也可以從我們熟悉的日常生活與傳統(tǒng)文化中汲取最樸素的力量。這種“向傳統(tǒng)學(xué)習(xí)、向自然學(xué)習(xí)”的范式，或許將為更多領(lǐng)域的原始創(chuàng)新提供啟迪。當(dāng)前，越來越多的“新苗”在西華這片沃土上找到屬于自己的方向，而更多“從0到1”的西華故事，正在路上。

作者 | 王舒 王帥

編輯 | 林新玉

編審 | 王莉 范佳 雷為堯

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