高灵敏度与宽线性范围的不兼容性，仍然限制了有源传感器的进一步发展。
2024年12月6日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所陈翔宇研究员在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Triboelectric sensor with ultra-wide linear range based on water-containing elastomer and ion-rich interface》的研究论文，Siyao Qin为论文第一作者，陈翔宇研究员为论文通讯作者。
陈翔宇，中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员，国家优青。本科和硕士毕业于清华大学，获得东京工业大学双硕士学位, 2013年获东京工业大学博士学位。2013年加入苏州大学，直聘副教授。2013年以及2015年在东京工业大学担任客座研究员。2014年调职到中国科学院北京纳米能源与系统研究所。
陈翔宇研究员主要从事聚合物功能材料及纳米能源器件的相关研究，包括聚合物电介质材料的加工设计与电荷迁移机制研究、虚拟现实技术与可穿戴传感器、智能形变材料与器件、光催化自清洁材料等方向，以第一作者（共同一作）和通讯作者身份在Chem. Rev., Sci. Adv.、Nat Common、EES，Adv Mater、Materials Today等杂志发表SCI学术论文共60余篇。
在这里，研究人员报告了一种基于梯度微通道的含水摩擦电弹性体的摩擦电压力传感器。
在摩擦电弹性体中注入少量液体，通过压力感应水桥调节传感器的内置电场，提高了传感器在压缩极限附近的信号线性度。
此外，研究人员发现通过触发选择性离子转移可以增强固-液接触通电，而微通道中制备的富离子界面则提高了传感器的灵敏度。
因此，该研究实现了超宽的线性范围（5 kPa–1240 kPa）和0.023 V kPa-1的灵敏度，这是迄今为止线性范围最宽的有源传感器。
该研究可以促进摩擦电传感器的实际应用，并为其他传感设备提供新的见解。
图1：压力传感器的研究进展及摩擦电压力传感器有源层的概念
图2：GBM-IR PDMS薄膜及压力传感器的制备
图3：红外PDMS的表征
图4：GBM-IR PDMS摩擦电传感器的传感性能
图5：基于GBM-IR PDMS的摩擦电传感器用于压力映射和角度识别
综上，这篇论文研究了一种基于含水弹性体和离子富集界面的摩擦电传感器，该传感器具有超宽的线性响应范围和高灵敏度。
这项研究解决了高灵敏度和宽线性范围在主动传感器中难以兼容的问题，为摩擦电传感器的性能提升提供了新的方法。通过理论和实验相结合的方法，研究者们不仅提高了传感器的性能，还深入理解了液固接触电气化过程中的选择性离子转移机制，这对于电化学、表面催化等领域具有重要的科学意义。
这种高性能的摩擦电压力传感器在智能机器人、智能医疗治疗、电子皮肤等领域具有广泛的应用前景。其超宽的线性范围和高灵敏度使得传感器能够适应各种压力检测需求，提供更为精确和可靠的压力反馈。
此外，该传感器的设计概念和工作机制也可以启发其他感官设备的设计，推动柔性电子和可穿戴技术的发展。
Qin, S., Yang, P., Liu, Z. et al. Triboelectric sensor with ultra-wide linear range based on water-containing elastomer and ion-rich interface.