生命活动依赖于离子导体，机器运行依赖于电子导体。当离子与电子间不发生电化学反应时，非法拉第结（non-faradaic junction，NFJ）就成为桥接生命与机器的载体。NFJ具有类电容特性，其电荷-电压曲线对多种环境信号都敏感。因此，NFJ具有高灵敏、快响应、体积小、稳定、自供电等特点，是一个理想的传感平台。NFJ传感器广泛用于心电、脑电、肌电等电生理信号的测量，在可穿戴设备、可植入设备、软体机器人等领域中展现出极大的应用潜力。此外，力学原理的发展和材料合成方法的丰富为NFJ传感器的设计提供了极大的空间和灵活性，以满足不同的应用需求和挑战（如柔软、可拉伸、透明、可降解等）。
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最近，中山大学王叶成研究员、西安交通大学贾坤副教授和哈佛大学锁志刚教授，对非法拉第结传感（Non-Faradaic Junction Sensing）这一领域进行了全面系统地综述，阐述了NFJ传感的原理，总结了NFJ压力、声音、温度和化学传感的研究进展，讨论了NFJ传感器的材料选择（电子导体、离子导体和介电体），展望了NFJ传感领域的发展前景与机遇。考虑电解质与电极的界面。当离子与电子间不发生电化学反应时，离子与电子积聚在界面两侧。由于积聚的离子数和电子数不相等，离子导体内部会形成具有纳米厚度L的离子云层。离子-电子界面和离子云层共同组成了NFJ（图1）。NFJ具有类电容器特性，其电荷-电压曲线对压力、声波、温度、化学物质等多种环境信号敏感，是一个理想的传感平台。图1 NFJ传感原理
NFJ传感具有自供电、快响应、高灵敏、体积小、稳定等特点。因为NFJ两侧积聚的离子数和电子数不相等，NFJ是一个预充电的电容器，所以NFJ传感器是自供电的。因为NFJ的厚度小（~1-10 nm），离子扩散距离短，所以NFJ传感器的响应快。因为NFJ的电容大（~0.1 F m-2），所以NFJ传感器的灵敏度高、体积小。因为离子和电子间不发生电化学反应，所以NFJ传感器的稳定性高。在压力作用下，离子导体与电子导体的接触面积发生变化，使得NFJ电容发生变化（图2）。在离子导体和电子导体上引入微结构可以大幅增加二者的接触面积，从而进一步提高传感器的灵敏度。与传统的电容式压力传感器相比，NFJ压力传感器具有更高的灵敏度和更小的体积。与传统的压电式和摩擦电式压力传感器相比，NFJ压力传感器的材料选择范围更广，且可以测量静态压力。图2 NFJ压力传感
在声波作用下，NFJ的电容发生变化（图3）。与压力传感类似，在离子导体和电子导体上引入微结构可以提高传感器的灵敏度。与传统的光学、压电式和电容式声学传感器相比，NFJ传感器能够测量更低频率的声学信号。图3 NFJ声学传感
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“Non-faradaic junction sensing”综述发表于Nature Reviews Materials，作者有王叶成研究员（中山大学）、贾坤副教授（西安交通大学）和锁志刚教授（哈佛大学；中国科学院外籍院士、美国科学院院士、美国工程院院士、美国艺术与科学院院士）。论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41578-024-00755-1
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