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以下为韩国首尔国立大学的副教授Jeong-Yun Sun在“IEEE传感器应用国际会议”上的精彩致辞实录,由云现场整理。

    非常感谢您的介绍。我的演讲主题的专业性非常高,之前很多嘉宾讲到高分子聚合物的演讲,我今天主要会讲到一些关于离子方面的东西。大家可以看到,我们的离子稍微有点不一样,它是以水凝胶为基础的
    我是来自首尔国立大学的副教授,我叫Jeong-Yun Sun,我们来做一个小小的普及,什么叫做晶体管,一个晶体管就是一个半导体设备,主要是用来放大和转变一些电子信号和电力。比如在我们的照相机当中,我们有CCD和CMOS,在其中晶体管可以放大信号,有时候信号不够强,那么这个时候晶体管就可以发挥它的作用。可以看到,这种电子的晶体管的放大以后,它的适用场景非常高,比如我们的一些手机也会运用到其中。但是我们今天的话题会更多放在离子方面,我们会主要讲离子对离子的放大。
    问题在于,为什么需要离子对离子的放大?因为很多生物信号都是以离子的形式存在的,也就是说,我们被很多电子元素包围着,但是我们用了很多的一些电子设备,我们也会运用其他的一些东西。比如说,当我们移动手的时候,我们知道的就是我们手在移动,那是因为我们的信号传输到大脑当中,而这个信号是以离子的形式存在的,所以人是以离子的形式建立起来的。我们的离子信号也可以存在于人体当中,比如眼泪、汗水、血液、肌肉、神经里面都富含离子信号。
    下一个问题就是为什么离子对离子的放大是如此困难?其中一个答案就是因为电子放大的原理很难运用到离子信号系统当中,这是一个生物信号的传导系统图,它非常难,首先它非常的薄,第二是它的频率非常低,正是因为这样,它的难度非常高,但是如果我们想一下离子,我们已经知道的就是离子比电子更加重,意味着离子它的移动性非常低,也就是说,哪怕我们有这样的结构,哪怕我们有更薄的结构,我们的离子也没有办法通过,因此我们需要发明自己的设备去放大离子。另外一件事情就是说一下这个信号的传输,当信号在传输的时候,离子会进行交换,也就是说,细胞内的一些离子可能会传输出去,然后外面的可能会进来。这些离子的释放是非常小的,另外一点是这些信号可以传输,这些物质本身也含有非常高的离子,如果没有这些离子的话,我们实际上做不了任何的事情。
    我的研究已经刊登在一些科学杂志当中,现在我先跟大家说一下它的基础原理。这就是聚合物电子的胶质,在里面,这些离子可以移动得非常高,然后可以融入在聚合物当中。也就是说,只有离子可以通过这一部分的系统,然后通过这个,我们可就可以达到自己的目标,然后我们可以把这些液体状还有凝胶状结合在一起。在右图当中,我们可以看到研究的结果,
    我们以前的离子设备主要是用离子的二级管或者离子的FET,他们以二级管或者晶体管的形式存在的时候,他们的运作效果是非常好的。大家可以看到,它们自身是受到一定的控制,我们的体内是不可以去合成一些生物的信号,这种方式没有办法直接运用到我们的生活中。另外它是被外部电压所控制的,是电子到离子的放大,而不是离子到离子的放大。要做到离子对离子的放大我们要决定以下几个事情,首先,我们需要什么样的设计,因为我们要把一些离子注入,所以我们要去决定在哪里注入这些离子。我们决定通过这样的离子二级管做离子和离子的放大,其中有一个很大的不同就是在结合处做了一个小孔,这是结构上很小的不同但是结果却有很大的不同。最后大家可以看到,可以制作出非常好的开放接口的离子结构。通过开放接口的离子结构可以很好地检测到离子的信号。这里的机制是比较简单的,就像这样,当有反向偏差的时候,其他离子会出去,变成平整的,如果把离子注入进去,会有这样一个电流的峰值,就像这样的一个电流的峰值。把离子注入到这里面,我们用Pico注入器,这里要取决于每次的注入的量要非常准确。
    给大家解释一下,通过这个孔把它注入进去,大家可以想象的到,得到了这样一个电流的峰值,在这里,神奇的是,我们注入的是200,但是我们最后检测出来的电量是307nC,整个注入的离子带电量被放大了,经过检测离子到离子的放大是否是系统性发生的,结果显示是的。
    我们已经印证了反向偏差,我们的一个反向偏差的值被增高了,我们监测的带电量也增加了,在这里检测到的电量比我们注入的电量要高出5倍。同时,我们检测了它的浓度。我们通过检测这个离子池,可以看到它的延续的时间长。大家可以看到,同时也检测了OJID的稳定度,也就是说,每60s就进行一次注入,有四次注入,检测到的带电量都是比较稳定的。接下来我们说一下放大的机制是什么样子。在这里有一个开放接口,当你进行反向偏差的时候,一些离子就会往外移,在那之后,我们就有一个激光束,里面有K和N两种离子,这里有负离子,因为我们把带正电的离子放进去,所以带负电的想移动到右边去,但是我们这里是带负电的,可能会阻碍自由离子的流动。我们再把一些带小电量的离子放进来之后,他们的负离子会往右,正离子会往左,这样会减小它屏障的功能,也使得他们接下来会作为一个分解电流去流动。我们的假设是什么?最重要的是我们要去验证这样的一种分解电流的真实性是否存在。所以我们去验证了这种分解电流是通过实验和仿真两种方式。右边是N离子的分解,RBH是在左边,在右边是氧化铜,RBH遇到了这个离子,有一些离子就转换到了右边。在右边的池,我们有一个K的离子,我们注入这些离子之后,我们可以看到这个K离子从右向左移动,通过分解电流移动的。我们左边用的是氢氧根,加入离子会有同样的事情发生。蓝色的是离子,1秒的时候,我们注入的红色的钾离子,小量的钾离子激活了大量的铜离子,这些铜离子大量移动到右边,是这样分解的。因为这个放大是分解所带来的。当我们减少它的面积的话,那么它的分解同时也会减少。我们的放大量可以达到18.9倍。
    最近我们也经常在讨论人机界面,因为我们的开放界面,离子对离子的放大可以直接检测到离子,不仅检测到离子也可以做放大,所以也可以用于我们未来的人机界面。