中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科生以第一作者在知名期刊《Nano Research》上發(fā)表研究論文

導(dǎo)讀

基于離電式（Iontronic）的力學(xué)傳感器，在靈敏度、抗電磁干擾能力及信號(hào)穩(wěn)定性方面均表現(xiàn)卓越。盡管近年來(lái)在材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)筑以及界面工程等領(lǐng)域取得了令人矚目的進(jìn)展，但相關(guān)研究大多仍聚焦于材料與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化路徑，對(duì)離子傳輸與雙電層形成的關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)—離子電導(dǎo)率與激勵(lì)頻率，卻缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)和定量分析。

近日，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院葛進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)圍繞上述問(wèn)題開(kāi)展研究，通過(guò)調(diào)控離子電導(dǎo)率與激勵(lì)頻率，實(shí)現(xiàn)了離電式壓力傳感性能的顯著提升。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了離子液滴模型體系，結(jié)合電化學(xué)阻抗譜與等效電路分析技術(shù)，系統(tǒng)探究了兩類參數(shù)對(duì)器件阻抗響應(yīng)及表觀電容變化率的影響（圖1(a)）。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出總阻抗對(duì)離子電導(dǎo)率和激勵(lì)頻率的偏導(dǎo)關(guān)系，建立了電容變化率與兩者之間的定量關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，降低離子電導(dǎo)率并提高激勵(lì)頻率，可有效提升電容變化率，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合（圖1(b)）。進(jìn)一步將該模型與應(yīng)變力學(xué)結(jié)構(gòu)耦合，構(gòu)建了液滴型壓力傳感器。在保持器件結(jié)構(gòu)不變的前提下，僅通過(guò)調(diào)控上述參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)8772%的靈敏度提升（圖1(c)-(e)）。將體系從液滴拓展至水凝膠后，相同規(guī)律在固態(tài)離子導(dǎo)體中同樣成立，表明該策略具有普適性。。

在應(yīng)用層面，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)液滴與水凝膠兩類器件進(jìn)行了初步驗(yàn)證。液滴傳感器被集成于機(jī)械臂系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了接觸壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及不同軟硬程度物體的區(qū)分（圖2(a)）；而基于水凝膠的器件則構(gòu)建了4 × 4壓力傳感陣列，用于二維壓力分布成像（圖2(b)）。該研究將離子電導(dǎo)率與激勵(lì)頻率明確為影響離電式壓力傳感器性能的重要調(diào)控參數(shù)，并建立了相應(yīng)的定量分析框架，為相關(guān)器件的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化提供了新的分析視角與實(shí)現(xiàn)路徑。

圖1 研究模型的結(jié)構(gòu)示意圖，離子電導(dǎo)率和激勵(lì)頻率對(duì)界面電容變化率的理論分析以及不同電學(xué)參數(shù)下電容變化率響應(yīng)

圖2 液滴與水凝膠離電壓力傳感器的應(yīng)用展示

相關(guān)研究成果以《Ionic conductivity and excitation frequency effects in iontronic pressure sensing》為題近期發(fā)表在納米化學(xué)與材料研究領(lǐng)域知名期刊Nano Research上（Nano Res.2026, DOI: 10.26599/NR.2026.94908691）。文章的第一作者是化學(xué)學(xué)院2022級(jí)本科生王永銘，第二作者為化學(xué)學(xué)院2022級(jí)博士生解佳森，通訊作者為化學(xué)學(xué)院葛進(jìn)教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908691

來(lái)源：中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院