【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在智能醫(yī)療與機器人感知領(lǐng)域，柔性溫度傳感器的超薄化是實現(xiàn)高貼合度與集成度的核心前提。然而，其研制面臨一項根本瓶頸：實現(xiàn)高靈敏度需要高溫材料工藝，而柔性基底卻難以耐受高溫。這導(dǎo)致器件在超薄形態(tài)下難以同時兼顧高靈敏度、優(yōu)異柔韌性與長期穩(wěn)定性。
近期，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所在超薄溫度傳感器領(lǐng)域取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊采用“水溶性犧牲層輔助轉(zhuǎn)移”策略，成功解決了高性能敏感材料與柔性基底之間的工藝兼容性難題，制備出總厚度僅為40微米的超薄柔性溫度傳感器。該方案的關(guān)鍵在于將敏感材料的高溫制備工藝，與其在柔性基底上的器件構(gòu)筑過程分步進(jìn)行。這一設(shè)計既保障了敏感材料所必需的高溫退火條件，又避免了柔性基底因高溫而受損，從而為高性能無機材料與柔性襯底的結(jié)合提供了可靠技術(shù)路徑。為保障材料轉(zhuǎn)移后的界面質(zhì)量，研究團(tuán)隊通過有限元仿真與實驗驗證，設(shè)計并構(gòu)筑了GeO2/Ta2O5/MCO異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對界面性能的主動調(diào)控。該結(jié)構(gòu)有效抑制了界面處的元素擴散和熱應(yīng)力失配，顯著提升了器件的可靠性與結(jié)構(gòu)完整性。基于上述轉(zhuǎn)移策略與界面設(shè)計，超薄傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能：其電阻溫度系數(shù)(TCR)高達(dá)-4.1 %/℃，響應(yīng)時間僅192 ms，在反復(fù)彎折與熱沖擊下仍能穩(wěn)定工作。該成果不僅顯著提升了超薄柔性溫度傳感器的綜合性能，更為發(fā)展下一代電子皮膚、可穿戴設(shè)備等柔性智能感知系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。
該研究成果以Water-Soluble GeO2?Transferred Ultrathin PI/MnCo2O4/Ta2O5Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces，碩士研究生嚴(yán)習(xí)君為第一作者，宋育賢助理研究員和孔雯雯研究員為共同通訊作者。該研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、新疆天山英才、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金等項目的資助。
圖 1 PI/MnCo2O4/Ta2O5柔性溫度傳感器
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