導讀

基于離電式（Iontronic）的力學傳感器，在靈敏度、抗電磁干擾能力及信號穩(wěn)定性方面均表現(xiàn)卓越。盡管近年來在材料設計、結構構筑以及界面工程等領域取得了令人矚目的進展，但相關研究大多仍聚焦于材料與結構的優(yōu)化路徑，對離子傳輸與雙電層形成的關鍵電學參數(shù)—離子電導率與激勵頻率，卻缺乏系統(tǒng)性認識和定量分析。

近日，中山大學化學學院葛進教授團隊圍繞上述問題開展研究，通過調控離子電導率與激勵頻率，實現(xiàn)了離電式壓力傳感性能的顯著提升。研究團隊構建了離子液滴模型體系，結合電化學阻抗譜與等效電路分析技術，系統(tǒng)探究了兩類參數(shù)對器件阻抗響應及表觀電容變化率的影響（圖1(a)）。在此基礎上，推導出總阻抗對離子電導率和激勵頻率的偏導關系，建立了電容變化率與兩者之間的定量關聯(lián)。結果表明，降低離子電導率并提高激勵頻率，可有效提升電容變化率，且實驗結果與理論分析相吻合（圖1(b)）。進一步將該模型與應變力學結構耦合，構建了液滴型壓力傳感器。在保持器件結構不變的前提下，僅通過調控上述參數(shù)，即可實現(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)離子導體中同樣成立，表明該策略具有普適性。。

在應用層面，研究團隊對液滴與水凝膠兩類器件進行了初步驗證。液滴傳感器被集成于機械臂系統(tǒng)，實現(xiàn)了接觸壓力的實時監(jiān)測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)）。該研究將離子電導率與激勵頻率明確為影響離電式壓力傳感器性能的重要調控參數(shù)，并建立了相應的定量分析框架，為相關器件的設計與性能優(yōu)化提供了新的分析視角與實現(xiàn)路徑。

圖1 研究模型的結構示意圖，離子電導率和激勵頻率對界面電容變化率的理論分析以及不同電學參數(shù)下電容變化率響應

圖2 液滴與水凝膠離電壓力傳感器的應用展示

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

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

來源：中山大學化學學院