環球新動態：柔性溫度傳感器突破高溫極值

超過1200℃柔性溫度傳感器性能及應用。（圖片由受訪者提供）

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來自微納制造領域的一項最新研究成果，為柔性傳感器突破高溫應用瓶頸提供了新思路。西安交通大學機械工程學院精密工程研究所劉兆鈞博士、田邊教授、蔣莊德院士及其合作團隊，首次制備出具有良好溫度敏感性的高溫柔性溫度傳感器。相關研究成果近日在工程制造領域頂級國際期刊《極端制造》發表。

近年來，各大品牌折疊屏手機、柔性可穿戴電子等智能設備層出不窮，成為行業熱點。作為柔性電子設備的重要組成部分，柔性傳感器則用以測量溫度，反映人體的各項指標。現有的柔性薄膜溫度傳感器受柔性襯底、敏感材料等限制，難以實現高溫物理場的溫度測量。因此，如何繼承柔性薄膜傳感器優勢，實現柔性薄膜傳感器在高溫環境下的應用是一個值得關注的問題。

傳統柔性溫度傳感器難以逾越400度高溫

柔性傳感器是指采用柔性材料制成的傳感器，具有良好的柔韌性、延展性，而且結構形式靈活多樣，可根據測量條件要求任意布置。“柔性薄膜溫度傳感器能變形、易附著、輕薄等優點，受到研究人員的廣泛關注。”田邊說，“熱電偶式傳感器以其結構簡單、動態響應快、便于集中控制等優點，脫穎而出。”

田邊介紹說，溫度傳感器主要由溫度敏感層和柔性基板組成。溫度敏感層常由金屬以及金屬化合物組成，柔性基材則選擇聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺等高分子聚合物材料。

柔性傳感器的優勢使其在醫療電子、環境監測等領域顯示出很好的應用前景。然而，現有的柔性薄膜溫度傳感器難以在高溫環境中存活，更無法實現功能化應用。“因為柔性基板主要是低熔點，通常低于400℃，在高溫環境中發生碳化后會變脆變硬，因此很難在高溫環境下使用目前報道的柔性溫度傳感器。”田邊解釋道。

多種新技術實現柔性高溫傳感新突破

為了突破柔性溫度傳感器的溫度測量瓶頸，田邊團隊創新性地選擇了具有寬溫域的鋁硅氧氣凝膠氈作為溫度傳感器的柔性基板，選用絲網印刷技術制備厚膜。

在制備傳感器過程中，田邊團隊使用有機黏合劑混合功能粉末完成漿料配置，利用高溫熱處理方法去除薄膜中的多余有機物，針對不同應用表面，實現了功能薄膜的特定曲面化制備，“就像球鞋設計者根據球星腳底的尺寸大小來制定碼數一樣”。制備好的柔性溫度傳感器，能夠貼附于不同曲率曲面，并具有超薄、超輕等優勢，首次實現柔性傳感器從-190℃至1200℃這一極廣的溫度范圍內工作，測試靈敏度達到每攝氏度226.7微伏，這是現在所有柔性溫度傳感器難以實現的。它擴大了柔性傳感器的工作溫域，在探險排難、航空航天、鋼鐵冶金等領域將發揮巨大的應用潛力。

在被問及新型柔性傳感器何時能實現實際應用時，蔣莊德表示，團隊研究人員對制備的柔性溫度傳感器已進行過多種實驗室級與實際測試，傳感器在整個測試過程都表現出優異的測溫能力。

蔣莊德說，他們根據柔性溫度傳感器的極輕、極薄特點，創新性地將其應用于智能穿戴設備。科研成果可以給人們的生活帶來便捷，這也讓科研有了“溫度”。

目前，柔性傳感器的許多技術仍停留在研究階段，產業鏈整體亟待提高。未來，田邊團隊期望將制備的柔性傳感器能進一步優化，實現飛機表面、渦輪葉片等國之重器上的溫度測量。

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