离子柔性传感器在传感机理、组成、结构设计论文

据麦姆斯咨询介绍，近年来，新型智能材料和微结构的发展催生了一种全新的触觉传感器，即离子柔性传感器。其传感机制与人类皮肤的触觉感知原理类似，都是依赖由外部刺激引起的离子迁移和离子重分布机制。与传统柔性传感器相比，离子柔性传感器不仅具有高灵敏度、高抗噪性、高分辨率，并且具有自修复、自供电和生物相容性等生物学特性，在电子皮肤、人机交互、可穿戴医疗设备等领域具有重要的应用及学术价值。鉴于此，近期河海大学、江苏省特种机器人技术重点实验室王延杰教授团队在功能材料领域权威期刊《Advanced Functional Materials》(IF=18.808) 上发表了题为“Ionic Flexible Sensors: Mechanisms, Materials, Structures, and Applications”的综述文章。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202110417

该综述论文系统总结了离子柔性传感器在传感机理、组成、结构设计及应用方面的最新研究进展。首先重点介绍了几种典型的离子柔性传感机制及结构组成，并通过耦合模型讨论了其传感性能的影响因素，包括超级电容界面离子传感效应、压电式离子传感效应和压阻式离子传感效应。其次，基于可生物降解性、自愈性和多模态性等生物学特性，重点讨论了固体离子聚合物基体、金属基电极、非金属基电极和微结构设计在离子柔性传感器中的应用及改进策略。然后，回顾了离子柔性传感器在人工皮肤、人机交互技术、可穿戴设备等相关领域的典型应用。最后，提出了离子柔性传感器当前面临的挑战和未来发展趋势，为离子传感器的发展提供可参考的技术路线图。

河海大学博士研究生赵春为论文第一作者，河海大学王延杰教授为论文通讯作者，西安交通大学李博副教授、朱子才副教授，南方科技大学郭传飞教授，英国斯旺西大学Lijie Li教授为论文的共同作者。该文得到了国家重点研发计划（2020YFB1312900）、国家自然科学基金（51975184和52105573）等项目的资助。

该工作是团队近期关于离子柔性器件相关研究的最新进展之一。近年来，团队对离子柔性器件（包括离子柔性传感器和离子柔性驱动器）的机理、制备、性能改进及模型应用做了一系列的探索。在制备工艺方面，团队提出一种电极界面的新制备工艺，实现枝状电极的可控生长，有效增强传感信号与驱动性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 30258），并阐明了含水量对离子驱动器性能的影响规律，提出了电极优化方法，实现了驱动性能提升（Electrochim Acta 2014, 129, 450-8）。在传感性能探究方面，团队揭示了自供电离子聚合物传感器湿度感知机理，实现了电压、电阻、电容等多物理参数感知模式（Sensors & Actuators: B. Chemical 2021,345 ,130421和RSC Adv. 2020, 10, 27447-27455）；同时，建立了基于N-P方程的离子聚合物传感器力电耦合模型，并通过磁场、微结构实现对自供电离子聚合物传感器应变传感性能110%的提升（Smart Mater. Struct. 2021, 30 , 065013和Sensors 2019, 19, 2104）。在应用方面，团队研发了可用于医疗手术和人工心脏的活性导管和微泵样机（Appl Bionics Biomech, 2018, 2018:4031705），并开发了一种离子簇团聚机理启发的球形变刚度软体抓手（Soft Robotics 2021）。

审核编辑 ：李倩