蘇州納米所研究提出快速柔性水伏離子傳感新策略

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近年來，水伏效應(yīng)因其在能量收集與傳感應(yīng)用中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。典型的水伏離子傳感由于固-液界面存在較大的擴(kuò)散阻力，水和離子需要數(shù)分鐘甚至數(shù)十分鐘才能達(dá)到擴(kuò)散平衡，嚴(yán)重限制了其在快速離子檢測(cè)中的應(yīng)用。如何突破流動(dòng)阻力和重力的限制，實(shí)現(xiàn)快速、高靈敏的水伏離子傳感，成為水伏新機(jī)制應(yīng)用于離子傳感亟待解決的科學(xué)問題。
 

　　近期，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所報(bào)道了基于液-液界面低阻滑移與同步液壓驅(qū)動(dòng)的超快柔性水伏離子傳感新策略。團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建水平放置的包含有序功能化尼龍-66納米纖維膜的柔性水伏器件，有效降低了無序納米通道和重力引起的溶液流動(dòng)阻力。團(tuán)隊(duì)利用濕潤(rùn)納米通道內(nèi)液-液傳輸區(qū)域的低阻剪切流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2.86cm s-1的流動(dòng)速率，加速通道內(nèi)離子遷移。新液滴的快速進(jìn)入還可觸發(fā)液壓驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，推動(dòng)通道殘余溶液中離子的同步遷移與富集，進(jìn)一步加速電壓信號(hào)的產(chǎn)生。
 

　　得益于該快速離子傳輸-累積機(jī)制，團(tuán)隊(duì)僅用3μL水滴便可在0.17s內(nèi)產(chǎn)生超過4.0 V開路電壓的突破性結(jié)果，其響應(yīng)速度比已有報(bào)道快約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。該器件同時(shí)表現(xiàn)出寬范圍的離子檢測(cè)能力，并對(duì)NaCl鹽溶液實(shí)現(xiàn)了高達(dá)-1.69V dec-1的靈敏度。水伏器件的離子傳感信號(hào)是包含時(shí)間-離子濃度-電壓的多維傳感信號(hào)，通過時(shí)間切片處理可以實(shí)現(xiàn)高選擇性離子傳感，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中汗液電解質(zhì)濃度變化進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。
 

水伏器件的應(yīng)用
 

　　該工作將液-液界面低阻滑移與同步液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)制引入水伏效應(yīng)，架起水伏技術(shù)與高性能離子傳感之間的橋梁，為下一代水伏離子傳感器的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。