近日，國際著名材料期刊《Advanced Functional Materials》正式刊出了我院劉锴課題組《多用途的超靈敏、低電壓驅動的非對稱離子傳感凝膠》（Ultrasensitive, Low-Voltage Operational, and Asymmetric Ionic Sensing Hydrogel for Multipurpose Applications）的研究論文。該研究開發了一種新的柔性觸覺傳感機理并制備了關鍵性能指标優越的柔性觸覺傳感器，并被選為當期的back cover論文。

        目前絕大多數的柔性觸覺傳感器主要通過基于壓阻效應、電容效應、壓電效應和摩擦電效應等依賴于電子行為的機制進行設計和實現，雖然能夠應用在電子皮膚和可穿戴器件等領域，但與生物體内基于離子行為的傳感機制仍然存在差異。為了模拟和兼容生物組織内的重要活動，研究電子器件和生物組織相互作用，并擴展柔性觸覺傳感器在仿生機器人和生物電子學等領域的應用，近年來對基于水凝膠材料的新型柔性觸覺傳感器的研究逐漸受到人們的重視。然而，這類柔性觸覺傳感器通常利用電容效應引起的離子運動作為壓力響應機理，其壓敏性能距離實際應用尚有一定差距。因此，迫切需要開發出基于新機理的高性能柔性水凝膠觸覺傳感器。

        針對這一關鍵問題，beat365劉锴副教授、西安交通大學張磊教授與beat365伍晖副教授、化學系張瑩瑩副教授、物理系範守善院士等課題組緊密合作，利用類似于生物組織的水凝膠材料，設計并制備了負載有銀納米顆粒、具有非對稱表面結構的丙烯酸水凝膠複合物——AISH（Asymmetric Ionic Sensing Hydrogel），從而構建出基于以非對稱界面化學反應和離子電流傳導作為壓力傳感機理的高性能柔性觸覺傳感器。實驗證明，由于凝膠非對稱的表面結構設計，器件會自發産生一個很小的電動勢。通過調節外電路電壓，使之與器件自發産生的電動勢相匹配，可以調控電路的初始電流達到一個極小的值。另外，器件的兩個銅箔電極與凝膠界面處的銀離子可以發生非對稱的化學置換反應，當器件受到壓力作用時，會極大地改變離子傳導電流，使器件具有高度的靈敏性。經過試劑配比優化，該凝膠器件具備超高靈敏度（171 kPa-1）、超低檢測限（0.075 Pa）、較低的工作電壓（0.02 V）和長使用壽命（循環使用1500次以上），并可以精準地記錄脈搏信号和聲壓信号，而且可以在埋入水下時探測水面的微小波動，具有超靈敏的檢測能力和寬廣的适用範圍。

        這一工作成功制備了一類基于化學反應和離子傳導新機理的高性能柔性觸覺傳感器件，證明了這種器件在生物電子學相關領域的實際應用價值，在獲得高性能柔性觸覺傳感器的同時佐證了基于界面化學反應的壓力傳感機理的可行性。

         beat365為該論文第一完成單位。該論文第一作者為清華beat365訪問學生、西安交通大學博士研究生丁翰元；通訊作者為劉锴副教授和張磊教授。該工作得到了國家自然科學基金、教育部霍英東基金等科學項目的支持。

        文章鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201909616