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閱讀：12發(fā)布時間：2026-4-26
研究人員在多種環(huán)境條件下，探究了該柔性溫度-壓力傳感器的溫度傳感性能，驗證了其實際應(yīng)用的可行性?？紤]到在實際應(yīng)用中，需要大范圍實時監(jiān)測空間分布的溫度和壓力傳感需求，因此傳感器陣列的集成顯得尤為關(guān)鍵?；诖耍芯咳藛T進(jìn)一步制備了集成3 × 3傳感器陣列的電子皮膚。得益于Bi?Te?薄膜優(yōu)異的熱電性能和3D螺旋結(jié)構(gòu)的新穎設(shè)計，該傳感器陣列不僅能夠?qū)崟r進(jìn)行溫度和壓力監(jiān)測，還能提供快速精準(zhǔn)的響應(yīng)。柔性電子材料和器件的進(jìn)展推動了可穿戴技術(shù)的快速發(fā)展，包括植入式設(shè)備、電子皮膚（e-skin）和生理信號監(jiān)測等領(lǐng)域。這些發(fā)展為持續(xù)監(jiān)測人體健康與活動提供了新的可能性。為了滿足各種應(yīng)用需求，開發(fā)高靈敏度、高性價比的多功能柔性傳感器至關(guān)重要。在各類柔性傳感器中，能夠精確識別溫度與壓力變化的表皮電子傳感器對健康監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義。其高精度傳感器和特殊算法確保了溫度測量的精準(zhǔn)性，即使在復(fù)雜的環(huán)境條件下，也能提供可靠的測量結(jié)果。無論是對于固定物體，還是移動目標(biāo)，Mi3都能夠輕松應(yīng)對，確保溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、金屬研究所的研究團(tuán)隊開發(fā)出一種基于3D螺旋熱電Bi?Te?薄膜的柔性復(fù)合雙參數(shù)溫度-壓力傳感器。Bi?Te?薄膜具有（000l）紋理和良好的柔韌性，塞貝克系數(shù)高達(dá)−181 μV K?¹，壓阻系數(shù)約為−9.2。該傳感器具有極其優(yōu)異的高溫傳感靈敏度（−426.4 μV K?¹）和快速響應(yīng)時間（~0.95 s）。此外，由于Bi?Te?薄膜的壓阻效應(yīng)，該傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的壓力響應(yīng)特性，靈敏度為120 Pa?¹。這項研究利用單一高柔性材料實現(xiàn)了高性能的雙參數(shù)傳感，為電子皮膚等多種應(yīng)用提供了新的思路。相關(guān)研究成果以“Flexible temperature-pressure dual sensor based on 3D spiral thermoelectric Bi?Te? films”為題發(fā)表在Nature Communications期刊上。在制造業(yè)中，它可以用于監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行溫度，及時發(fā)現(xiàn)故障并采取措施，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備可靠性。在食品加工業(yè)中，Mi3可以確保食品加工過程中的溫度控制，防止產(chǎn)品質(zhì)量問題和食品安全隱患。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，Mi3可以用于晶體溫度測量，幫助工藝人員及時優(yōu)化工藝參數(shù)。
（000l）紋理Bi?Te?被認(rèn)為是室溫附近的熱電材料，可產(chǎn)生壓阻效應(yīng)和熱電效應(yīng)，是用于壓力和溫度傳感應(yīng)用的理想材料。這些效應(yīng)的產(chǎn)生可能源于應(yīng)變下層間距變化導(dǎo)致的禁帶寬度變化。3D螺旋結(jié)構(gòu)是一種適用于熱電薄膜的通用結(jié)構(gòu)，能克服熱阻匹配問題，為熱電薄膜的進(jìn)一步應(yīng)用提供了新思路。通過將Bi?Te?薄膜和3D螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合，可以制備出高性能的溫度-壓力傳感器，該策略為類皮膚智能設(shè)備的潛在應(yīng)用提供了廣闊的前景。不過，這種傳感器存在的一個局限是，當(dāng)溫度較高的物體與傳感器接觸時，傳感器底部表面的溫度會發(fā)生漂移。因此，需要對傳感器底部溫度進(jìn)行校準(zhǔn)，以提高傳感器精度。通過集成微型鉑（Pt）薄膜電阻來監(jiān)測傳感器底部溫度，或建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，是解決該問題的有效途徑。作為一款工業(yè)級的溫度測量儀器，Mi3具備優(yōu)秀的可靠性和耐用性。其堅固的外殼和優(yōu)質(zhì)的材料保證了儀器在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。同時，Mi3經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和測試，確保了長時間的穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確測量，為用戶提供了可信賴的溫度監(jiān)測解決方案。在這項研究工作中，研究人員報告了一種基于沉積在聚酰亞胺（PI）襯底上的（000l）紋理Bi?Te?薄膜的溫度-壓力傳感器。Bi?Te?薄膜的塞貝克系數(shù)高達(dá)−181 μV K?¹，電導(dǎo)率約為700 S cm?¹，室溫下功率因數(shù)達(dá)到22.6 μW cm?¹ K?²。同時，由于具有（000l）紋理結(jié)構(gòu)，其壓阻系數(shù)約為−9.2。這些出色的性能使得該傳感器能夠利用熱電和壓阻效應(yīng)實現(xiàn)溫度和壓力信號檢測。研究人員利用實驗室自制的飛秒激光器和器件集成設(shè)備制備了3D螺旋結(jié)構(gòu)，以滿足如溫度傳感電子皮膚等應(yīng)用中對面外熱阻抗的特殊要求。此外，基于壓阻效應(yīng)，利用螺旋結(jié)構(gòu)壓縮變形引起的器件電阻波動來檢測外部壓力。通過監(jiān)測電壓和電阻的變化，該傳感器可實現(xiàn)溫度和壓力的雙參數(shù)傳感。
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