MIT突破性超薄电子“皮肤”技术问世，重塑柔性电子与红外传感未来

麻省理工学院（MIT）材料科学与工程系研究团队近日在《自然》杂志发表突破性成果，成功开发出一种可生长并原子级剥离的超薄电子“皮肤”技术。该技术通过直接在单晶基底上制备厚度仅10纳米的热释电材料薄膜，实现了无需中间层的无损剥离，为可穿戴设备、柔性电子器件及紧凑型红外成像装置的研发提供了全新范式。

技术核心：原子级剥离机制与超薄热释电材料

研究团队聚焦于一种名为PMN-PT的钙钛矿型热释电材料，其独特之处在于铅原子在晶格中的有序排列。这种结构赋予铅原子强电子亲和力，形成天然的“不粘层”，使薄膜在生长完成后可完整剥离，表面粗糙度低至原子级。实验中，团队通过“远程外延”技术，在单晶基底上直接沉积PMN-PT薄膜，并成功将其转移至柔性基板，形成由100个60平方微米像素组成的红外热敏阵列。

该阵列对8-14微米远红外波段（人体辐射主要波段）的响应灵敏度较传统光电探测器提升3倍，且无需液氮冷却装置，即可在室温下实现毫秒级热响应。这一突破源于超薄材料对温度变化的超强感知能力：当薄膜厚度从微米级降至10纳米时，其热电系数提升2个数量级，单位面积热容降低90%，显著提升了热信号与噪声的比值。

应用场景：从夜视设备到自动驾驶

1. 轻量化夜视系统
当前夜视设备依赖光电倍增管或碲镉汞探测器，需配备笨重的冷却模块。MIT团队的技术使夜视镜重量减轻70%，功耗降低85%，同时保持全红外波段覆盖能力。其原型机在雾天环境中成功识别200米外行人，较传统设备提升40%的探测距离。

2. 自动驾驶环境感知
薄膜可集成于汽车挡风玻璃或保险杠，通过实时监测道路表面温度梯度，提前0.5秒预警结冰风险。在自动驾驶场景中，其毫米级热成像分辨率可穿透中雨雾气，准确识别行人衣物与道路热辐射差异，显著降低误判率。

3. 柔性可穿戴传感器
研究团队已演示将薄膜嵌入弹性织物，开发出可监测皮肤表面微小温度波动的健康监测贴片。该设备能以0.1℃精度追踪血液循环变化，为糖尿病足溃疡早期预警提供可能。

技术延展性：从热释电到半导体薄膜

团队指出，铅原子的“不粘效应”可推广至其他材料体系。通过在基底中预植入铅纳米层，已实现氮化镓、氧化锌等半导体薄膜的无损剥离。这一进展为柔性晶体管、透明太阳能电池及生物兼容型神经接口的制造开辟了新路径。

“我们正在测试将该技术应用于脑机接口的柔性电极，”项目负责人Jeehwan Kim教授表示，“10纳米级的超薄结构可大幅降低组织排异反应，同时保持高导电性。”

产业化前景与挑战

目前，研究团队已与美国国防高级研究计划局（DARPA）合作，推进夜视系统的工程化验证。同时，MIT衍生企业FlexiTech正在开发基于该技术的工业级剥离设备，目标将单次制备成本从当前的100美元/平方厘米降至1美元以下。

然而，技术大规模商用仍需解决材料稳定性问题。实验数据显示，PMN-PT薄膜在湿度>80%环境中性能衰减15%，团队正通过表面钝化层技术提升其耐候性。

结语

MIT的这项突破不仅重新定义了超薄材料的制备范式，更将红外传感技术推向了柔性化、集成化的新纪元。随着材料科学与微纳加工技术的深度融合，电子“皮肤”或将成为下一代人机交互界面的核心组件，为医疗、交通、能源等领域带来颠覆性变革。