犯警拉第结 (NFJ) 是离子导体和电子导体之间的联贯，其中不发生电化学反应。该结的步履就像一个电容器，通过化学、电力和熵耦合离子和电子电流。其电荷-电压弧线对各式环境信号明锐人妖 夫妻，使其大略充任；由于不发生任何反应，传感是无损且抓久的。NFJ传感器贤达度高、反馈快、体积小，况兼不错自供电。这些传感器庸俗用于腹黑、大脑和肌肉的电生理学，况兼在可穿着和可植入斥地、软机器东说念主以及传感压力、声息、温度和化学物资方面的应用正在兴起。

鉴于此，中山大学王叶成议论员、西安交通大学贾坤副素养和哈佛大学锁志刚院士估量了NFJ 传感器，强调了结每一侧的斥地和材料的开发。选拔材料的活泼性使 NFJ 传感器大略得志具有挑战性的条款，举例优柔性、拉伸性、透明度和可降解性。接洽综述以题“Non-faradaic junction sensing”发表在最新一期《Nature Reviews Materials》上。

【犯警拉第结传感旨趣】

犯警拉第结出当今离子导体（举例电解质）和电子导体（举例金属）之间的界面处，其中不发生电化学反应。这些结充任电容器，在界面处存储电荷并在电解质内变成离子敌对。NFJ电压取决于温度、离子浓度和施加压力等身分，这使得它们对环境变化具有极强的反馈才能。由于不发生化学反应，NFJ传感器推崇出固有的踏实性和使用寿命。它们的快速反馈时候和高电容进一步已毕了微型化和自供电操作。

图 1. 犯警拉第结的传感旨趣

【通过电压阶跃表征结点】

NFJ的表征波及在电极-电解质界面上施加电压阶跃，以细则电荷-电压(Q-V)和电流-电压(I-V)关联。在犯警拉第气象下，稳态电流接近于零，况兼结处的电荷积贮与电容成正比。通过给与受控实际缔造（包括端正电压阶跃或陡坡），议论东说念主员不错精准分析结特色并为基于NFJ的传感器建设基线反馈。这些才略确保了传感器输出的可靠性和可访佛性。

图 2. 通过一系列电压阶跃表征电解质中的两个电极

【压力传感】

基于NFJ的压力传感器给与夹在电子导体之间的弹性离子导体。在施加的压力下人妖 夫妻，结的搏斗面积加多，从而产生更高的电容和可测量的信号。微金字塔、纳米纤维层和多高度微槽等微不雅结构立异进一步进步了贤达度和别离率。这些联想使NFJ传感器大略检测超低压(<0.1Pa)以及心血管脉冲等动态信号。NFJ压力传感器的应用包括可穿着健康监视器、软机器东说念主和触觉感知系统。值得轻易的是，NFJ传感器优于传统的电容式和压电式压力传感器，因为它们单元面积的电容更大，况兼大略检测静态压力变化。

图 3. 犯警拉第结压力传感

【声学传感】

NFJ 声学传感器应用离子导体在声波作用下的变形才能，已毕高贤达度水下声息检测。给与水凝胶、离子凝胶或石墨烯传感器的斥地可检测压力引起的电应许阻抗变化。举例，基于水凝胶的 NFJ 传感器在宽频指令域 (20 Hz - 3 kHz) 内推崇出前所未有的贤达度 (24 mC·N -1)，同期保抓声学透明度。与传统的压电和电容式麦克风比较，NFJ传感器在低频检测方面推崇出色，在水下监视、环境监测和生物医学会诊等方面具有潜在的应用远景。

图 4. 犯警拉第结声学传感

【温度传感】

温度变化会影响NFJ中的离子敌对和界面电荷，从而篡改结电压。NFJ温度传感器通过开路电压测量进行责任，从辛勤毕自供电功能。依然建议了几种斥地联想：（1）基本联想：对称电极变成传感和参比接点，大略精准检测温度梯度，贤达度约为1 mV·K ⁻1。（2）可拉伸联想：镀银织物电极和离子水凝胶可打造活泼、拉伸不解锐的传感器。（3）透明联想：分层离子导体和电介质使透明温度传感器成为软机器东说念主和光学斥地的理念念选拔。（4）分歧称结：使用不同的电子导体（举例金和铝），传感器可已毕高达 ~10 mV·K ⁻1的贤达度。这些 NFJ 传感器在可拉伸电子居品、软机器东说念主和可穿着健康系统中荒谬具有上风，而传统热电偶无法得志这些限制的透明度和活泼性条款。

图 5. 犯警拉第结温度传感

【化学传感】

使用NFJ斥地的化学传感为选拔性和贤达的分析物检测提供了独到的处置有狡计。在自供电NFJ化学传感器中，电极-电解质界面处的分析物吸附会产生与分析物浓度成比例的电压。通过集成介电涂层和功能化受体层，传感器不错检测痕量离子和有机分子，已毕Fe 3+离子低至10 ⁻17M的限值，比传统鲁米诺测试贤达六个数目级。多路NFJ传感器可同期检测多种分析物，进一步增强功能，为可穿着会诊、食物安全和环境监测提供应用。

图 6. 犯警拉第结化学传感

【材料】

NFJ传感器的多功能性源于对离子导体、电子导体和电介质材料的尽心选拔：（1）电子导体：金属（举例金、铝）、碳基材料（举例石墨烯、碳纳米管）和导电团员物提供拉伸性、透明度和踏实性。（2）离子导体：水凝胶、离子凝胶和聚电解质具有优柔性、可拉伸性和高离子移动率，师法生物组织。（3）电介质：薄电介质层（举例，自然氧化物）可踏实界面并增强化学明锐性，同期详确电子贞洁效应。动态团员物网络和自建造材料的最新进展进一步扩大了可拉伸和可降解NFJ传感器的后劲。

【预测】

作家追忆到，NFJ传感时刻的改日在于克服现存挑战并膨大其应用：（1）自供电传感器：开发无需外部电源即可责任的压力和声息讯号NFJ传感器。（2）自清洁机制：处置化学传感中的混浊问题，以进步恒久可靠性。（3）多重传感：集成NFJ阵列以同期检测多个信号。（4）先进制造：应用增材制造坐褥具有复杂几何时事的高度定制的传感器阵列。（5）生物电子学：联想优柔、生物相容的NFJ接口，用于及时生理监测和神经元相互作用。跟着NFJ传感器的发展，它们将在软机器东说念主、可穿着健康监测和东说念主工智能运行的会诊等新兴限制阐述关键作用，在贤达度、耐用性和功能方面提供前所未有的性能。

着手：高分子科学前沿

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