超薄柔性温度传感器研究取得突破性进展

超薄柔性温度传感器研究取得突破性进展

在智能医疗与机器人感知等应用场景中，柔性温度传感器的超薄化被视为实现高贴合性与系统集成度的关键因素。然而，当前的研究面临一大技术挑战：要实现传感器的高灵敏度，通常需要在高温下制备功能材料，但柔性基材往往无法承受此类高温工艺。这一矛盾限制了器件在保持超薄形态的同时，难以同时满足高灵敏度、良好柔性和长期稳定性的要求。

近日，中国科学院新疆理化技术研究所的研究团队在超薄柔性温度传感器领域取得重要进展。团队提出并实施了一种基于“水溶性牺牲层”的转移策略，成功实现了高温敏感材料与柔性基底之间的工艺兼容，从而制备出总厚度仅为40微米的高性能超薄温度传感器。

该方法的核心在于将敏感材料的高温制备过程与器件的柔性基底集成过程分离。通过这一分步制备策略，研究人员既满足了无机材料在高温下退火的工艺要求，又有效避免了柔性衬底因高温处理而发生结构劣化，为高性能敏感材料与柔性基底之间的集成提供了一条可行的技术路径。

为提升材料转移后的界面性能与器件可靠性，研究团队结合有限元仿真与实验手段，设计并构建了GeO₂/Ta₂O₅/MnCo₂O₄异质界面结构，实现了对界面热应力与元素扩散的有效控制。该结构在提升器件结构完整性的同时，也显著增强了其在复杂机械与热环境下的稳定性。

基于上述工艺与界面优化方案，该超薄柔性温度传感器展现出优异的综合性能。其电阻温度系数（TCR）达到-4.1%/℃，响应时间仅需192毫秒，并在多次弯折与热冲击测试中保持稳定运行。

该研究成果不仅推动了超薄柔性温度传感器的性能边界，也为未来电子皮肤、可穿戴式健康监测系统等柔性智能感知系统的开发提供了重要的技术支撑。

相关成果以《Water-Soluble GeO₂-Transferred Ultrathin PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅ Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability》为题，发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。研究工作获得了国家重点研发计划、新疆自然科学基金以及“天山英才”人才培养计划的资助。

论文链接

PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅柔性温度传感器结构示意图