随着柔性可穿戴设备快速发展，电子皮肤成为应用于人机交互界面的重要材料，其安全性变得十分重要。近日，上海科技大学的研究团队以天然蚕丝蛋白和钙离子为原料，制备了一种透明、可拉伸、可自修复、高安全性的导电电子皮肤材料，这种材料具有良好的阻燃特性。该研究团队深度探究了其阻燃机理，并开发了一种在极端条件下可以通过无线信号传递信息的预警系统，为进一步设计新型离子皮肤、提升可穿戴设备的安全性提供了新思路。

SFCIS的制备与展示

作者采用了两种不同的方法来制备丝素蛋白钙离子电子皮肤（SFCIS），以满足不同应用场景的需求。SFCIS具有高透明性，通过调控钙离子含量可以控制SFCIS在环境中的力学性能，使其与生物组织的模量相当，应用性能更强。同时，SFCIS具有良好的可拉伸性质（伸长率高达1200%）和导电性（1.96 mS·cm^-1），能够满足可穿戴器件的需求。在水蒸汽环境中，SFCIS还具有良好的自愈性能。

SFCIS的力学性能

钙离子的引入，可使材料与环境进行物质交换，同时保持了材料中结合水的稳定性。结合水的存在，一方面为该电子皮肤材料提供了大量氢键，使其具有较高的韧性和自愈能力。另一方面，当材料暴露在燃烧环境下时，钙离子螯合水可使材料在接触火焰的第一时间吸热、汽化，并迅速膨胀，对内部基底形成保护。因此这类电子皮肤材料具有很好的阻燃特性

SFCIS的阻燃机理及燃烧表面的SEM图

该团队运用热质联用（TGA-MS）表征手段，精确分析了不同燃烧反应阶段下材料各组分的变化，从而推测其阻燃过程包括脱水、炭化层膨胀、多层屏蔽和自由基淬灭等。在极限氧指数测试的实验中，SFCIS表现出可与工程塑料媲美的阻燃性能，并且在燃烧实验中不会发生复燃、熔滴等二次危害行为，极大保障了材料在火灾环境下的安全性。

实际应用中，该团队还基于SFCIS电导率随燃烧程度的变化情况，开发出一种火灾无线预警系统。

总体来说，该团队基于天然蚕丝蛋白，利用简单的方法制备出具有良好的导电性、力学性能、自修复性能和阻燃性的离子导体电子皮肤材料，为研究这类材料燃烧机制提供了可行的方案，也为新型人造皮肤设计提供了新的思路，对提升可穿戴设备安全性有重要的启示。

摘自：纺织导报