近日，河海大學、江蘇省特種機器人技術重點實驗室王延杰教授團隊在功能材料領域權威期刊《Advanced Functional Materials》上發表題為“Ionic Flexible Sensors: Mechanisms, Materials, Structures, and Applications”的綜述文章。論文系統總結了離子柔性傳感器在傳感機理、組成、結構設計及應用方面的最新研究進展。
人體皮膚是人體最大的感覺器官，可以感知壓力、應變、溫度和濕度。通過模仿人類皮膚的觸覺感知功能，基于離子遷移和離子重分布機制的離子柔性傳感器得到了飛速發展。與傳統柔性傳感器相比，離子柔性傳感器不僅具有高靈敏性、高抗噪性、高分辨率，且具有自修復、自供電和生物相容性等生物學特性，在電子皮膚、人機交互、可穿戴醫療設備等領域具有重要的應用及學術價值。該文詳細回顧了幾種典型的離子柔性傳感機制及結構組成，并通過耦合模型討論了其傳感性能的影響因素，包括超級電容界面離子傳感效應、壓電式離子傳感效應和壓阻式離子傳感效應。其次，基于可生物降解性、自愈性和多模態性等生物學特性，重點討論了固體離子聚合物基體、金屬基電極、非金屬基電極和微結構設計在離子柔性傳感器中的應用及改進策略。然后，探討了離子柔性傳感器在人工皮膚、人機交互技術、可穿戴設備等相關領域的典型應用。最后，提出了離子柔性傳感器當前面臨的挑戰和未來發展趨勢，為離子傳感器的發展提供可參考的技術路線圖。
該工作是團隊近期關于離子柔性器件相關研究的最新進展之一。近年來，團隊對離子柔性器件（包括離子柔性傳感器和離子柔性驅動器）的機理、制備、性能改進及模型應用做了一系列的探索。在制備工藝方面，團隊提出一種電極界面的新制備工藝，實現枝狀電極的可控生長，有效增強傳感信號與驅動性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 30258），并闡明了含水量對離子驅動器性能的影響規律，提出了電極優化方法，實現了驅動性能提升（Electrochim Acta 2014, 129, 450-8）。在傳感性能探究方面，團隊揭示了自供電離子聚合物傳感器濕度感知機理，實現了電壓、電阻、電容等多物理參數感知模式（Sensors & Actuators: B. Chemical 2021, 345 ,130421和RSC Adv. 2020, 10, 27447-27455）；同時，建立了基于N-P方程的離子聚合物傳感器力電耦合模型，并通過磁場、微結構實現對自供電離子聚合物傳感器應變傳感性能110%的提升（Smart Mater. Struct. 2021, 30 , 065013和Sensors 2019, 19, 2104）。在應用方面，團隊研發了可用于醫療手術和人工心臟的活性導管和微泵樣機（Appl Bionics Biomech, 2018, 2018:4031705），并開發了一種離子簇團聚機理啟發的球形變剛度軟體抓手（Soft Robotics 2021）。相關研究成果獲江蘇省科學技術獎三等獎。
該研究聯合了西安交通大學、南方科技大學、英國斯旺西大學多名國際學者，受到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。
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