中山大学化学学院本科生以第一作者在知名期刊《Nano Research》上发表研究论文

导读

基于离电式（Iontronic）的力学传感器，在灵敏度、抗电磁干扰能力及信号稳定性方面均表现卓越。尽管近年来在材料设计、结构构筑以及界面工程等领域取得了令人瞩目的进展，但相关研究大多仍聚焦于材料与结构的优化路径，对离子传输与双电层形成的关键电学参数—离子电导率与激励频率，却缺乏系统性认识和定量分析。

近日，中山大学化学学院葛进教授团队围绕上述问题开展研究，通过调控离子电导率与激励频率，实现了离电式压力传感性能的显著提升。研究团队构建了离子液滴模型体系，结合电化学阻抗谱与等效电路分析技术，系统探究了两类参数对器件阻抗响应及表观电容变化率的影响（图1(a)）。在此基础上，推导出总阻抗对离子电导率和激励频率的偏导关系，建立了电容变化率与两者之间的定量关联。结果表明，降低离子电导率并提高激励频率，可有效提升电容变化率，且实验结果与理论分析相吻合（图1(b)）。进一步将该模型与应变力学结构耦合，构建了液滴型压力传感器。在保持器件结构不变的前提下，仅通过调控上述参数，即可实现8772%的灵敏度提升（图1(c)-(e)）。将体系从液滴拓展至水凝胶后，相同规律在固态离子导体中同样成立，表明该策略具有普适性。。

在应用层面，研究团队对液滴与水凝胶两类器件进行了初步验证。液滴传感器被集成于机械臂系统，实现了接触压力的实时监测及不同软硬程度物体的区分（图2(a)）；而基于水凝胶的器件则构建了4 × 4压力传感阵列，用于二维压力分布成像（图2(b)）。该研究将离子电导率与激励频率明确为影响离电式压力传感器性能的重要调控参数，并建立了相应的定量分析框架，为相关器件的设计与性能优化提供了新的分析视角与实现路径。

图1 研究模型的结构示意图，离子电导率和激励频率对界面电容变化率的理论分析以及不同电学参数下电容变化率响应

图2 液滴与水凝胶离电压力传感器的应用展示

相关研究成果以《Ionic conductivity and excitation frequency effects in iontronic pressure sensing》为题近期发表在纳米化学与材料研究领域知名期刊Nano Research上（Nano Res.2026, DOI: 10.26599/NR.2026.94908691）。文章的第一作者是化学学院2022级本科生王永铭，第二作者为化学学院2022级博士生解佳森，通讯作者为化学学院葛进教授。该研究得到了国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908691

来源：中山大学化学学院