摘要：2024年12月27日，西南交通大学杨维清教授、邓维礼副教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《Crosslinking-Modulated Hydrogel Piezoionic Senor for Patter

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离子水凝胶因其良好的生物相容性和可控的机电性能而特别适合作为力传感层。新出现的压电效应使它们能够感知压力的位置，但低响应率限制了其应用。

2024年12月27日，西南交通大学杨维清教授、邓维礼副教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《Crosslinking-Modulated Hydrogel Piezoionic Senor for Pattern Security Authentication in Human-Machine Interfaces》的研究论文，Yue Sun为论文第一作者，杨维清教授、邓维礼副教授为论文共同通讯作者。

杨维清，西南交通大学材料科学与工程学院教授、前沿科学研究院院长。2007和2011年分别获得四川大学硕士和博士学位，2011-2014年先后在电子科技大学和美国佐治亚理工学院从事博士后研究，2014年被引进到西南交通大学担任教授、博导。

杨维清教授主要从事纳米能源材料与功能器件的应用基础研究，研究方向包括1.多功能传感材料与集成器件，2.先进储能材料与器件，3.光电子材料与器件。近年来，在Nature等国际著名刊物上发表SCI收录论文共计270余篇，其中影响因子IF>10论文80余篇，ESI高被引论文25篇，引用16000余次。

邓维礼，西南交通大学材料科学与工程学院副教授。2006年、2009年本硕毕业于重庆大学，2016年博士毕业于西南交通大学。2009年至今在西南交通大学工作，期间曾到美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）及河滨分校（UCR）作访问学者。

邓维礼副教授长期从事纳米功能材料及柔性电子的基础研究，围绕材料合成、物性研究、器件研制和应用开发，构建基于电信号传导的功能器件，研究纳米材料层次结构对器件宏观性能的作用机制，探索柔性传感器件在可穿戴人机交互系统领域的应用。

在此，这项工作的重点是通过交联调节压电离子输出的响应时间。

研究人员通过离子水凝胶中的变形恢复率和离子迁移行为的角度研究其潜在机制。因此，开发的压电传感器能够在监测动态力的同时区分0.1-5秒范围内的静力，突破了传统自供电压力传感器难以跟踪静力的限制。

此外，作者利用压电效应将触摸压痕转换为横向梯度离子势，构建的压电传感器实现了手指按压位置和滑动轨迹的精确监测。作为概念验证，基于所开发的压电传感器，安全认证中的图案解锁得到了成功验证。

这种通过交联调制离子触觉传感器的设计策略有望为大规模柔性人机界面提供一条新的途径。

图1：基于离子水凝胶的HMI中力感测的机制

图2：离子水凝胶交联度对压电离子响应的影响

图3：离子水凝胶压电传感器的机制和压力感测性能

图4：离子水凝胶压电传感器在模式解锁安全认证中的应用

综上，研究团队开发了一种基于交联调节的离子水凝胶压电传感器，用于人机界面中的模式安全认证。通过调节水凝胶的交联度，实现了对压电信号响应时间的控制，使得传感器能够同时监测动态和静态压力，为柔性人机界面和电子皮肤研究提供了一种新的、简化的设备制造方法。

这项研究为柔性人机界面提供了一种高性能、易于制造的触觉传感器，具有在智能穿戴设备、机器人触觉传感等领域的应用前景。

Crosslinking-Modulated Hydrogel Piezoionic Senor for Pattern Security Authentication in Human-Machine Interfaces, Advanced Functional Materials, 2024. https://doi.org/10.1002/adfm.202420187

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