研究背景
柔性电子技术作为人机交互与智能感知的核心载体，正面临着复杂应用场景下的多维性能挑战。尽管传统柔性传感器在可变形基底与功能材料开发方面取得显著进展，但其灵敏度受限于压阻/电容传感的物理边界，响应速度因界面弛豫效应产生毫秒级延迟，在动态生理信号监测中易出现信号失真。此外，依赖电子作为信号载体的柔性传感器在实现与生物系统的真正自然集成方面受到了限制。在此背景下，新兴的柔性离电传感机制模拟生物组织中的离子传输机制，构建具有类组织模量的离子导电界面，实现了高灵敏度、快速响应速度、卓越的生物相容性与环境自适应性等多维度性能的集成，为发展新一代仿生感知系统提供了突破性技术路径。
研究成果
近年来，FITS取得重大突破，在灵敏度和功能性方面实现显著提升，推动研究重点向系统集成与多功能化方向发展。特别是2022年后，随着AI技术的突飞猛进，FITS进入智能化发展阶段，通过与人工智能的深度融合，这些设备获得了智能特性，应用领域得到极大拓展。该论文系统梳理了FITS技术的最新研究进展。首先阐释了离子电子传感的核心机理，包括电容式、反离子式、法拉第反应式、摩擦电式和压电式；其次分析了关键功能材料，特别是离子活性层材料和电极材料的特性；然后探讨了器件结构设计与溶液合成、纤维制造、3D打印以及物理气相沉积；接着研究了面向人机交互、医疗健康和环境监测的集成应用系统及AI赋能的智能化应用系统；最后，总结了FITS设备的关键研究挑战，并提供了对未来方向的见解。相关报道以“Flexible iontronic sensing”为题发表在Chemical Society Reviews期刊上。山东大学为论文第一完成单位，李阳教授为论文第一作者，西安电子科技大学白宁宁副教授、中国科学技术大学常煜研究教授和刘之光教授为共同第一作者，通讯作者分别为中国科学技术大学潘挺睿教授和南方科技大学郭传飞教授、北京理工大学沈国震教授。
综述要点
图文导读
图1 FITS的发展时间表
图2 FITS器件的机制、材料、制造技术和应用的最新进展示意图
图3 电双层的结构、柔性离电超级电容器传感（FITS）机制和反离电超级电容器传感（i-FITS）机制的机械响应原理示意图
图4 在电极/电解质界面上的法拉第过程与法拉第反应离电传感机制的示意图
图5 电阻式、摩擦电式和压电式离电传感机制的示意图
图6 FITS设备中常用的离子活性材料
图7 2012-2024年与FITS设备相关的出版物比例
图8 离子液体中常用的阳离子和阴离子
图9 柔性电极中常用的导电材料
图10 具有不同机制的FITS设备的结构
图11 FITS设备的制备工艺
图12 用于制备FITS设备的溶液合成方法（一锅法、浸泡法、旋涂法和喷涂法）
图13 用于制备FITS设备的纤维制备工艺（静电纺丝、干纺、吹纺、熔融纺和湿纺）
图14 用于制备FITS设备的3D打印技术，包括DIW打印、SLA打印和DLP打印
图15 由FITS设备构建的集成应用系统
图16 面向人机交互的FITS基应用系统
图17 面向健康医疗的FITS基应用系统
图18 面向环境监测的FITS基应用系统
图19 人工智能在FITS设备的前端设计和后端分析阶段中的应用
图20 人工智能驱动的前端设计。
图21 AI赋能的智能FITS基应用系统
图22 FITS技术面临的挑战及其潜在解决方案
Flexible iontronic sensing
https://doi.org/10.1039/d4cs00870g