華科大劉逆霜/高義華教授團隊 AM：基于近平行離子路徑誘導高效水-電轉換的超小型纖維濕度傳感器
2024-11-27 來源：高分子科技
近期，華中科技大學物理學院/國家光電研究中心劉逆霜教授、高義華教授團隊提出了一種基于近平行離子路徑的超小型纖維濕度（MFH）傳感器。通過設計具有均勻電荷分布和近平行納米結構的納米通道極大地促進了離子的傳輸，從而提高了濕敏纖維的水電轉換效率。優化后的納米通道使MFH傳感器的響應/恢復速度更加迅速。同時，纖維能夠方便地紡織集成在織物上，并可實現小型化（0.50 mm2）。通過紡織等手段集成得到的MFH傳感器陣列顯示出極高的空間分辨率（傳感器密度為1 mm?1），突出了其在柔性可穿戴設備中的潛力。這項工作為下一代高性能濕度傳感器的設計提供了新的優化策略和集成手段。
圖1 定向納米通道的構建。
圖2 定向納米通道中離子的高效傳輸。
圖3 水分敏感和定向離子傳輸機制。
圖4 MFH傳感器的結構與性能。
圖5 濕度傳感器微陣列和健康監測應用。
該工作是團隊近期關于自供能傳感器相關研究的最新進展之一。在無需外接電源的情況下，準確、連續地檢測外界信號是實現可穿戴電子設備、物聯網、人工智能等小型化的關鍵技術。但是，使用當前的傳感器技術很難實現。為此團隊設計、發展了電池式傳感器，利用穩定電勢差作為自供能傳感器的能量來源，系統研究了其作為傳感器的優劣和潛力。在過去的兩年中，團隊設計了一種新型電池式壓力傳感器（DOI: 10.1002/adma.202205369）。研究了電池式壓力傳感器內壓力限域增強離子輸運的內在機理（DOI: 10.1002/adma.202308795），并進一步通過優化離子通道獲得高性能的傳感器（DOI: 10.1002/adma.202411558）。
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（責任編輯：xu）
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