一种能感知触觉的节能电子皮肤

离子电子器件以离子为电荷载体，凭借机械可变形性、低电压工作及与生物系统的良好兼容性，成为下一代器件平台的热门选择，尤其适用于神经形态计算和触觉传感等自适应生物电子系统。然而，传统离子触觉传感器（如电阻式、电容式）依赖几何形变或介电调制等被动机制，对动态刺激响应有限且需持续供电；有机电化学晶体管虽能动态处理信号，但受离子传输慢、结构不稳定等问题制约。离子二极管作为替代方案，通过阳离子（CP）和阴离子（AP）聚合物层界面形成离子耗尽层（IDL，类似半导体p-n结的离子版本），实现自发定向离子传输，但其性能受IDL不稳定、整流比低等问题影响，根源在于CP与AP层导电性不匹配。

本研究提出共聚物工程策略，通过调控聚合物链段动态平衡离子导电性。合成系列阳离子共聚物，引入低玻璃化转变温度（Tg）单体增强链段流动性，在保证离子基团密度的同时提升离子迁移率，使CP与AP层导电性匹配，形成界限清晰的IDL。优化后的离子二极管整流比高达23.5，具有压力敏感的压电离子行为：机械刺激通过阈值门控电流调制转化为离散离子脉冲，静息时能耗仅0.41纳焦/脉冲，受压时为1.49纳焦/脉冲，信噪比提升达24倍。

将该二极管集成到触觉界面（如机械手指）时，展现出类似突触的可塑性和依赖活动的信号编码能力。弱压力下无信号以节能，强压力下信号增强，LED亮度随压力增大而提高。这种材料驱动策略为实时、低功耗离子传感和神经形态功能提供了新思路，有望推动智能触觉系统和低功耗生物电子设备发展。