研究提出快速柔性水伏离子传感新策略
文章导读
你是否想过，一滴水只需0.17秒就能产生超过4伏的电压？传统水伏传感器因响应慢被长期受限，而中国科学院苏州纳米所团队却用“液-液界面低阻滑移+液压驱动”新机制彻底颠覆这一瓶颈。仅用3微升水滴，即可实现比现有技术快百倍的离子检测，灵敏度高达-1.69 V dec⁻¹，并能精准追踪运动中汗液电解质变化。这项突破不仅破解了水伏器件响应速度的难题，更打开了其在柔性传感、实时健康监测等领域的全新可能。一场关于水与电的革命，正在悄然发生。
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近年来，水伏效应因其在能量收集与传感应用中的独特优势而受到广泛关注。典型的水伏离子传感由于固–液界面存在较大的扩散阻力，水和离子需要数分钟甚至数十分钟才能达到扩散平衡，严重限制了其在快速离子检测中的应用。如何突破流动阻力和重力的限制，实现快速、高灵敏的水伏离子传感，成为水伏新机制应用于离子传感亟待解决的科学问题。
近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所报道了基于液–液界面低阻滑移与同步液压驱动的超快柔性水伏离子传感新策略。团队通过构建水平放置的包含有序功能化尼龙-66纳米纤维膜的柔性水伏器件，有效降低了无序纳米通道和重力引起的溶液流动阻力。团队利用湿润纳米通道内液–液传输区域的低阻剪切流动，实现了高达2.86cm s-1的流动速率，加速通道内离子迁移。新液滴的快速进入还可触发液压驱动效应，推动通道残余溶液中离子的同步迁移与富集，进一步加速电压信号的产生。
得益于该快速离子传输–累积机制，团队仅用3μL水滴便可在0.17s内产生超过4.0 V开路电压的突破性结果，其响应速度比已有报道快约两个数量级。该器件同时表现出宽范围的离子检测能力，并对NaCl盐溶液实现了高达-1.69V dec-1的灵敏度。水伏器件的离子传感信号是包含时间–离子浓度–电压的多维传感信号，通过时间切片处理可以实现高选择性离子传感，并且对运动过程中汗液电解质浓度变化进行准确监测。
该工作将液–液界面低阻滑移与同步液压驱动机制引入水伏效应，架起水伏技术与高性能离子传感之间的桥梁，为下一代水伏离子传感器的设计、开发与实际应用提供了新思路。
水伏器件的应用
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