近期，华中科技大学物理学院/国家光电研究中心刘逆霜教授、高义华教授团队提出了一种基于近平行离子路径的超小型纤维湿度（MFH）传感器。通过设计具有均匀电荷分布和近平行纳米结构的纳米通道极大地促进了离子的传输，从而提高了湿敏纤维的水电转换效率。优化后的纳米通道使MFH传感器的响应/恢复速度更加迅速。同时，纤维能够方便地纺织集成在织物上，并可实现小型化（0.50 mm²）。通过纺织等手段集成得到的MFH传感器阵列显示出极高的空间分辨率（传感器密度为1 mm^?1），突出了其在柔性可穿戴设备中的潜力。这项工作为下一代高性能湿度传感器的设计提供了新的优化策略和集成手段。

图1 定向纳米通道的构建。

图2 定向纳米通道中离子的高效传输。

图3 水分敏感和定向离子传输机制。

图4 MFH传感器的结构与性能。

图5 湿度传感器微阵列和健康监测应用。

  该工作是团队近期关于自供能传感器相关研究的最新进展之一。在无需外接电源的情况下，准确、连续地检测外界信号是实现可穿戴电子设备、物联网、人工智能等小型化的关键技术。但是，使用当前的传感器技术很难实现。为此团队设计、发展了电池式传感器，利用稳定电势差作为自供能传感器的能量来源，系统研究了其作为传感器的优劣和潜力。在过去的两年中，团队设计了一种新型电池式压力传感器（DOI: 10.1002/adma.202205369）。研究了电池式压力传感器内压力限域增强离子输运的内在机理（DOI: 10.1002/adma.202308795），并进一步通过优化离子通道获得高性能的传感器（DOI: 10.1002/adma.202411558）。