超薄温度传感器技术取得关键性突破

超薄温度传感器技术取得关键性突破

在智能医疗与机器人感知系统中，柔性温度传感器的超薄化被视为提升贴合度与集成能力的重要前提。然而，当前研究面临一个核心挑战：为了实现高灵敏度，通常需要高温制备工艺，而柔性基底往往难以承受此类条件。这种工艺与材料的不兼容性，使得在超薄结构中同时实现高灵敏度、良好柔韧性和长期稳定性变得异常困难。

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突破。研究人员采用“水溶性牺牲层辅助转移”技术，成功克服了高性能敏感材料与柔性基底之间的工艺兼容问题，并成功制备出总厚度仅为40微米的超薄温度传感器。

该方法的关键在于将敏感材料的高温制备过程与柔性基底的器件集成过程分步执行。一方面，高温处理可以确保敏感材料具有理想的电学性能；另一方面，这种方法避免了高温对柔性基底的破坏，为高性能无机材料与柔性衬底的结合提供了新的技术路径。为了提升材料转移后界面的稳定性，研究团队还通过有限元仿真与实验验证，设计并构建了GeO₂/Ta₂O₅/MCO异质界面结构，实现了对界面性能的精确调控。该结构有效抑制了界面处的元素扩散和热应力失配，大幅提升了器件的结构完整性与长期稳定性。

基于上述创新设计，该超薄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%/℃，响应时间缩短至192毫秒，且在经历多次弯折和热冲击后依然保持稳定工作。

这一研究成果不仅显著提升了柔性温度传感器的性能上限，也为未来电子皮肤、可穿戴设备等柔性智能感知系统的发展提供了坚实的技术支撑。

该研究成果题为《Water-Soluble GeO₂-Transferred Ultrathin PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅ Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability》，发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。本研究获得国家重点研发计划、新疆维吾尔自治区自然科学基金以及“天山英才”人才培养计划等项目的支持。

论文链接

PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅ 柔性温度传感器