通过图案化电介质和电极的协同设计实现高性能离子电子压力传感

《ACS Applied Polymer Materials》：High-Performance Iontronic Pressure Sensing Through Synergistic Design of Patterned Dielectrics and Electrodes

本研究通过电纺制备双尺度TPU绝缘层，与溶液法纺织品电极结合形成分层纤维结构。传感器在0-120 kPa范围内灵敏度达0.829 kPa?1，响应/恢复40 ms，检测限4 Pa，循环超1000次，源于绝缘层与电极的协同电双层效应。实际应用于持续生理监测、可穿戴界面和空间压力映射，验证其有效性与工艺可扩展性，为高性能柔性电子提供复合材料设计范式。

　　

微尺度表面设计对于提升离子电子压力传感器性能至关重要，然而通过简单工艺实现所需的结构设计仍具有挑战性。本文介绍了一种电纺热塑性聚氨酯（TPU）介电层，该介电层具有双重尺度结构——表面凸起与定制的孔隙率相结合。当这种分层纤维复合材料结构与溶液处理的纺织电极结合使用时，能够显著提升离子电子传感性能。优化后的传感器表现出优异的性能：在0–120 kPa压力范围内最大灵敏度为0.829 kPa?1，响应/恢复时间为40毫秒，检测限为4 Pa，并且具有较高的循环稳定性（超过1000次循环），这归功于图案化介电层与电极之间的电双层（EDL）效应的协同作用。其在连续生理监测、可穿戴人机界面以及空间压力测绘等实际应用中的表现验证了其可靠性。基于溶液的制造方法进一步体现了该设备的可扩展性。本研究为通过合理的微尺度表面设计实现高性能柔性电子设备提供了一种复合设计范例。