本文约2300字，建议阅读5分钟的弹性可穿戴显示器—可拉伸全聚合物发光二极管（APLED）。
如果你的智能手机、家里的 75 英寸电视或其他电子产品在不久的将来都有各种富有想象力的新功能，因为它们可以随意弯曲或折叠？想象一下，在你面前，有一个交互式屏幕可以任意变形。屏幕的显示内容和呈现形式可以根据您的即时交互内容实时变化，甚至让您有身临其境的感官体验。不可否认的是，这种人机交互方式有点脑洞大开，前所未有。事实上，我们周围手机、电视等电子设备的屏幕仍然扁平、僵硬、易碎，缺乏与用户互动的重塑能力。如今，斯坦福大学和天津大学的研究团队及其合作伙伴可能会使人机交互更加富有想象力。研究团队设计了一种弹性可穿戴显示器—可拉伸全聚合物发光二极管（APLED），APLED 亮度良好的亮度和耐久性，显示器的最大亮度至少是手机的两倍，当拉伸到原长度的两倍时仍能正常工作。
图｜APLED 可延伸至 2 倍长而不损坏撕裂(材料来源:YouTube）
这种全聚合物膜可以粘在手臂或手指上，在弯曲或弯曲时不会撕裂，这将使可穿戴的显示器直接附着在皮肤上。该设计或标志着高性能拉伸显示器的重要进展，为电子皮肤和人类电子应用奠定了基础。相关研究论文以相关研究论文为基础High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution权威科学期刊 Nature 上。
斯坦福大学化学工程系教授鲍哲南说，APLED 还有许多其他可拉伸显示器的潜在用途，如制作可变交互式屏幕，甚至在地图上形成三维景观。
鲍哲南说：想象一个显示器，你可以在屏幕上看到和感受到三维物体，这将是一种全新的远程互动方式。
如今，越来越多的可穿戴电子产品，如生物传感器、智能手表、柔性发光设备、柔性显示器和电子皮肤，开始出现在我们的日常生活中。它们体积轻巧、佩戴方便，具备成像、治疗、对身体健康指标和疾病进行早期监测等多种功能。但这些可穿戴电子产品也有一些明显的缺点。例如，适合皮肤的理想发光二极管（LED）显示器需要柔软、拉伸和良好的亮度，但目前的拉伸发光装置大多是由无机材料制成的。虽然科学家可以通过添加橡胶和其他弹性绝缘材料来增加它们的弹性，但这些添加剂也会降低它们的导电性，两者都不能兼得。因此，如何解决这一问题是近年来全球科学家广泛关注的热点。大约三年前，鲍哲南团队的博士后学者张志涛发现了一种叫做SuperYellow黄色发光聚合物的功能就像灯泡中的灯丝。当与聚氨酯（弹性塑料）混合时，它不仅会变得柔软和灵活，而且会发出更明亮的光。如果我们加入聚氨酯，我们会看到 SuperYellow 形成纳米结构，张志涛说，这些纳米结构非常重要。它们像鱼网一样连接在一起，使脆性聚合物可以伸展并发出更明亮的光。
图｜APLED 用手指弯曲拉伸(来源:Nature）
与添加橡胶不同， SuperYellow 弹性纳米纤维网不会阻碍电流——这是开发明亮显示器的关键。基于此，研究团队完成了 APLED 的设计和生产工艺。经过这一发现，该团队还创造了弹性红、绿、蓝发光聚合物。有了可拉伸的发光聚合物，研究小组需要将电子显示屏的其他部分组合在一起。找到合适的材料是非常具有挑战性的。在电子方面，它们必须相互匹配它们必须相互匹配。然而，这些材料也需要具有相同的机械性能，以确保显示器可以拉伸。 鲍哲南解释说。因此，研究人员必须找到一种方法，即使将各种材料堆叠在一起，显示器的亮度也不会降低。显示器的最终设计包括 7 层：两个外层是封装设备的基板，内层是两个电极层，每个电极层后面是电荷传输层，发光层夹在中间。
图｜APLED 结构示意图(来源:Nature）
当电流通过显示器时，一个电极将正电荷注入发光层，另一个电极将负电荷注入发光层。当这两种电荷相遇时，它们相互作用，进入能量激发状态，然后产生一个光子，多个光子聚集成明亮的光。另外，为了使 APLED 可以长时间贴在人体皮肤上。研究团队还通过无线电波使用灵活的无线能量收集系统 APLED 供电，并证明 APLED 能跟上心跳节拍，实时显示脉搏信号。
在古代亚洲和欧洲，割肉补疮有近2500年的历史，但考虑到当时的医疗和麻醉水平，这似乎更像是一种酷刑。考虑到身体的排斥反应，植皮几乎是皮肤组织不可修复的损伤的唯一选择。现代植皮最早出现在 19 世纪末。医生主要通过切除患者自身或他人的皮肤进行移植和修复。这个过程非常痛苦，大面积皮肤损伤患者的植皮来源也是一个问题。由于上述原因，超模拟电子皮肤模型应运而生。电子皮肤模拟、恢复甚至取代身体皮肤，需要感觉和触觉，即最基本的功能，感知不同的外部压力，并像人类皮肤一样传递触觉信号。然而，电子皮肤的应用并不局限于医学领域。例如，它也可以应用于智能机器人领域，帮助机器人敏感地了解环境信息，并赋予机械灵活性。在可穿戴电子产品方面，电子皮肤被认为是可穿戴设备的终极形式。电子皮肤作为一种可嵌入或覆盖人体的设备，可能是人体健康的最佳风向标。2020 年，来自科罗拉多大学博尔德分校的研究人员，就开发了一种“真正可穿戴”的电子设备。这种可穿戴设备不仅可以执行一系列感官任务（比如测量体温或追踪日常步数），还可以进行自我修复。更重要的是，这款可穿戴设备可以被设计成适合人们身体任何部位的形状。
2021年，南方科技大学、首都医科大学、中国科学院大学的联合研究团队也开发了一种集成多层电路的电子纹身。这种电子纹身具有高延展性（8 倍）、保形性和粘度的优点。它可以嵌入一些皮肤上的小特征，如手指褶皱和指纹，它可以牢牢地附着在皮肤上，在皮肤表面反复变形后不会脱落。那么，未来的电子皮肤会是什么样子呢？早在 2020 腾讯科学WE 会上，鲍哲南在主题演讲中大胆想象：未来电子产业将发生巨大变化。人类将通过电子皮肤进行交流，手机功能可能会融入衣服甚至植入体内。参考资料：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04400-1
https://www.youtube.com/watch?v=6MFb-XwTFuQ&ab_channel=NPGPress
http://baogroup.stanford.edu/
https://www.eurekalert.org/news-releases/947103
https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_skin
编辑：于腾凯
校对：林亦霖
