北航新闻网12月5日电（通讯员 崔腾）近日，国际知名期刊《Chemical Society Reviews》报道了国际前沿交叉科学研究院（以下称“国交院”）潘曹峰教授及合作者在电致变色基可视化柔性传感领域的权威综述“Electrochromic-based visualised flexible biosensing platforms: from single device to multifunctional device integration”。该综述聚焦于柔性生物传感中“信号采集与用户认知脱节”这一关键科学问题，系统梳理并分析了电致变色器件与柔性生物传感模块集成过程中的技术难点、优化策略与创新路径，特别针对压力、汗液、温度、湿度等传感器与电致变色器件的融合应用，提出了前沿突破方案。北航国交院潘曹峰教授、昆明理工大学杨正文教授、刘月特聘教授为通讯作者，北京航空航天大学为主要通讯单位之一。
在柔性生物传感领域，传统传感器（如压力、汗液、温度、湿度传感器等）通常依赖外部设备进行信号读取，导致用户与检测系统之间存在明显的认知壁垒。电致变色（Electrochromism, EC）作为一种在低压驱动下材料光学性质发生可逆变化的物理现象，具备低功耗、高柔性、强光学对比度等特性，在可视化生物传感中展现出广阔的应用潜力。近年来，研究团队通过将电致变色显示单元与柔性生物传感器进行系统集成，实现了生理信号的直接可视化读取，显著提升了信息传递效率，缓解了信号采集与用户认知之间的脱节问题。然而，如何实现多功能柔性传感器与电致变色器件的实时、高效、稳定集成，仍是当前该领域面临的关键挑战。
图1.电致变色器件发展史（上），集成器件发展史（中），生物传感器发展史（下）
该研究团队的系统性工作清晰地勾勒出从单一组件到多功能集成器件、最终迈向智能系统的技术发展路径。研究聚焦于压力、汗液、温度、湿度这四类关键生理参数的可视化监测，提出了集成过程中面临的多重技术瓶颈：压力可视化传感存在机械性能失配与信号耦合效率低的问题；汗液可视化传感受限于生物污染干扰与多指标并行检测的兼容性挑战；温度可视化传感易受电致变色材料自发热效应的影响，导致信号漂移；湿度可视化传感则陷入器件封装要求与传感界面必须暴露于环境气氛矛盾之中。针对这些挑战，该领域的发展取决于三大关键技术的攻克：功能性层间接口技术以解决机械/环境失配问题、多设备逻辑交互模式以实现复杂的信号处理与精准控制、以及多功能设备间的性能匹配以达成系统整体的高效协同。
图2.可视化传感器件集成策略与面临的挑战
并且，该文章为攻克电致变色生物传感平台的集成难题，提出了从微观材料到宏观系统的四位一体协同优化框架。围绕柔性电致变色基传感器件这一核心，在四个维度上同步推进。一是材料创新，致力于开发集传感与显色功能于一身的多模态材料，从根本上解决异质材料界面不匹配问题。二是结构创新，采用垂直堆叠、叉指电极等同步触发结构，实现传感信号产生与电致变色响应在空间和时间上的精准协同。三是性能匹配，核心在于解决传感与显色单元间的非平衡热力学限制，确保二者在响应速度、能耗和稳定性上的高效兼容。四是系统校正，构建“传感-预测分析-显色预警-靶向干预”的智能逻辑闭环，以突破传统冯·诺依曼架构的效率瓶颈。这一系统性方案表明，未来的突破性进展将不再依赖于单一技术的优化，而是取决于材料基因工程、异质集成策略和熵控智能系统的深度融合。其最终愿景是推动可穿戴设备从被动监测向主动干预的转变，从而重新定义人机交互的技术边界。
图3.集成器件材料，结构，性能及集成逻辑创新路线
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/cs/d5cs00386e
附：作者简介
潘曹峰，北京航空航天大学二级教授，博士生导师，国家高层次人才，校学术委员会委员。2005、2010年分别于清华大学材料科学与工程学院获学士、博士学位，2012年获全国优秀博士学位论文奖。其后于美国佐治亚理工学院材料科学与工程学院进行博士后研究。2013-2023年任中国科学院大学/北京纳米能源与系统研究所研究员。
长期从事低维半导体多模态类脑感知触觉芯片研究。在Nat. Photon.、Nat. Comm.、Adv. Mater.、Chem. Rev.、Adv. Energy Mater.等期刊上发表SCI论文320多篇，引用364000余次、H因子108（谷歌学术），40余成果入选“中国百篇最具影响力国际学术论文”和“ESI高被引论文”。授权美国专利3项，中国专利40余项。入选国家特聘专家青年项目（2014）、北京市海聚计划（2015）等；科睿唯安全球高被引学者（2023、2024）、河南省自然科学一等奖等荣誉。主持国家重点研发专项（传感器专项），国家重点研发专项课题（纳米专项），原创重点、联合重点，北京市科技创新计划和自然基金重点项目，中科院院长基金等。现任国际期刊Sci. Bull.和Nanotechnology副主编，中国材料学会交叉分会副理事长、智能传感功能材料与器件分会常务理事与纳米材料与器件分会理事、原子级制造创新发展联盟副理事长。
（审核：张蕊）
编辑：贾爱平
