柔性温度传感器研究获重大突破

柔性温度传感器研究获重大突破

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实现高贴合性和系统集成度的关键要素。然而，该领域的研究长期面临挑战：要获得高灵敏度，通常需要借助高温材料制备工艺，但柔性基底却难以承受如此严苛的条件，这使得在保持超薄结构的同时实现高灵敏度与结构稳定性成为一大难题。

近期，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方面取得重要进展。研究人员创新性地引入“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工艺兼容性的限制，最终成功制备出总厚度仅为40微米的超薄温度传感器。

该技术的核心在于将敏感材料的高温制备过程与在柔性基底上构筑器件的过程相分离。这种分步工艺不仅确保了材料在高温退火条件下获得优异性能，还有效避免了柔性衬底在高温环境下的损伤，为高性能无机材料与柔性基底的兼容提供了可行的技术路径。为提升材料转移后的界面性能，研究团队结合有限元仿真与实验验证，构建了GeO₂/Ta₂O₅/MnCo₂O₄异质界面结构，从而对界面性能实现精准调控。该结构有效抑制了界面处的元素扩散与热应力失配，大幅提升了器件的结构完整性和长期可靠性。

基于这一创新性的转移策略与界面设计，所得传感器展现出优异的综合性能。其电阻温度系数（TCR）可达-4.1%/℃，响应时间仅为192毫秒。即使在经历多次弯折与热冲击后，仍能保持稳定工作，显示出良好的机械与热稳定性。

这一研究成果不仅大幅提升了超薄柔性温度传感器的性能指标，也为未来电子皮肤、可穿戴设备等柔性智能传感系统的开发提供了关键的技术支撑。

相关研究以“Water-Soluble GeO₂-Transferred Ultrathin PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅ Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability”为题，发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。研究工作得到了国家重点研发计划、新疆维吾尔自治区自然科学基金以及“天山英才”培养计划的资助。

论文链接

PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅柔性温度传感器