高性能离子传感对推进生理与环境监测系统至关重要。尽管已开发出多种离子传感策略，但仍需探索兼具卓越性能与极低能耗的新型方案。本文，深圳技术大学史济东 副教授、南方科技大学Lingyu Zhao等研究人员在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Laser-induced graphene/ITO heterostructure for self-powered ion sensing via ionovoltaic effect”的论文，研究提出一种基于激光诱导石墨烯（LIG）与铟锡氧化物（ITO）异质结的自供电离子传感器。
该传感器利用LIG纳米通道的离子伏特效应及LIG/ITO界面功函数对齐特性，在加入盐溶液时可自发产生电压尖峰。在10⁻³M至2M的宽离子浓度范围内，针对多种电解质，尖峰幅度随离子浓度呈稳定递增趋势。通过多项性能对比分析与表面表征，全面探究了该离子伏特传感器的运作原理。该传感器不仅能测量人体汗液与海水的盐度，更展现出在生理及环境传感领域的广泛适用性。其卓越的离子传感性能、自供电特性，结合激光直接书写（LDW）技术实现的可扩展制备工艺，使这款新型离子传感器具备集成于下一代智能电子设备的巨大潜力。
图1. Design, preparation and characterization of the LIG/ITO ionovoltaic sensor. (a) The schematic illustration of the ionovoltaic power generation process within the LIG/ITO heterostructure. (b) The schematic illustration of the device layout. (c) The optical image of the device. (d) The schematic illustration of the device structure in cross-sectional view. (e) The schematic illustration of the device fabrication process. (f) The optical image of an as-prepared LIG pattern, with the narrowest line width marked. (g) The SEM image of the as-prepared LIG. (h) The contact angle tests of the LIG undergoing different period of O2 plasma treatment.
综上所述，作者设计了一种基于LIG/ITO异质结的自供电离子传感器。该器件利用LIG纳米通道的离子伏特效应及LIG/ITO界面功函数对齐特性，在加入盐溶液时可产生显著电压输出，并在多种盐溶液中实现了浓度与电压的稳定关联（浓度范围约为10⁻³-2M）。该器件在实际场景中成功应用于人体汗液与海水盐度测量，展现出在健康监测与环境监测领域的广阔前景。其采用直接激光刻写技术实现可扩展制备与精密图案化，这一关键优势使其易于集成至复杂电子系统。当前局限在于为适应高温热固化工艺而采用玻璃基板，限制了可穿戴应用场景。后续研究将致力于降低聚酰亚胺的制备温度，以实现柔性基板的应用。总而言之，本研究不仅设计出具有广阔应用前景的多功能离子传感平台，更深化了对离子-固体基本相互作用机制的理解，为先进离子伏特器件的后续设计提供了指导。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170252
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