软离子电子学扩展了生物集成或生物接口设备的工具箱，因为它们与生命系统有着天然的相似性；然而，由于难以制造基本的离子逻辑元件，模拟集成离子电路的开发还不成熟。其中，离子二极管因其独特的离子电流整流特性而备受瞩目。尽管如此，实现高性能离子二极管仍然具有挑战性。此外，大多数报道的基于水溶液的离子二极管无法在极端温度下工作，严重阻碍了它们的实际应用。
最近，科研人员报告了一种由乙二醇/水二元溶剂系统实现的高度整流、耐温和灵活的水凝胶离子二极管。离子二极管在高温（100°C）和低温（-20°C）下具有出色的抗脱水性能。实现了高达1201（乙二醇含量为 0%）和 566（乙二醇含量为 40%）的精馏比，这明显优于大多数以前的报告。然后制造了一个灵活的四二极管桥全波整流电路，并展示了它与摩擦纳米发电机的集成，以实现有效的生物力学能量收集。相信这项工作将为开发未来的生物界面应用开辟新的见解。
图1 a) 基于水凝胶的柔性离子二极管示意图。b) Zn 和 Ti 电极的 SEM 图像。c) Zn电极的横截面SEM图像。d) 冻干水凝胶的 SEM 图像。e) 安装在人体皮肤上的柔性二极管实体的照片。f) 柔性二极管的简化电路图。g) 柔性二极管的典型伏安特性 (I-V) 曲线。h) 柔性二极管在 0.1 Hz 时在 ±3 V 的方波偏置下的电流响应。
图2 柔性二极管的工作原理。
图3 离子二极管在高温（60°C）下的整流性能。
图4 离子二极管在低温（-20 °C）下的整流性能。
图5 离子二极管与 TENG 的集成用于机械能收集。
相关论文以题为Flexible Ionic Diodes with High Rectifying Ratio and Wide Temperature Tolerance发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。通讯作者是中国科学院北京纳米能源与系统研究所蒲雄研究员。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202112432