柔性溫度感測器突破高溫極值

超過1200℃柔性溫度感測器效能及應用。作為柔性電子設備的重要組成部分,柔性感測器則用以量測溫度,反映人體的各項名額。現有的柔性薄膜溫度感測器受柔性襯底、敏感資料等限制,難以實現高溫物理場的溫度測量。未來,田邊團隊期望將製備的柔性感測器能進一步優化,實現飛機表面、渦輪葉片等國之重器上的溫度測量。

□陳科

超過1200℃柔性溫度感測器效能及應用。
(圖片由受訪者提供)

科技進展

來自微納製造領域的一項最新研究成果,為柔性感測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,首次製備出具有良好溫度敏感性的高溫柔性溫度感測器。相關研究成果近日在工程製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慧設備層出不窮,成為行業熱點。作為柔性電子設備的重要組成部分,柔性感測器則用以量測溫度,反映人體的各項名額。現有的柔性薄膜溫度感測器受柔性襯底、敏感資料等限制,難以實現高溫物理場的溫度測量。囙此,如何繼承柔性薄膜感測器優勢,實現柔性薄膜感測器在高溫環境下的應用是一個值得關注的問題。

傳統柔性溫度感測器難以逾越400度高溫

柔性感測器是指採用柔性資料製成的感測器,具有良好的柔韌性、延展性,而且結構形式靈活多樣,可根據量測條件要求任意佈置。“柔性薄膜溫度感測器能變形、易附著、輕薄等優點,受到研究人員的廣泛關注。”田邊說,“熱電偶式感測器以其結構簡單、動態響應快、便於集中控制等優點,脫穎而出。”

田邊介紹說,溫度感測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矽氧烷、聚醯亞胺等高分子聚合物資料。

柔性感測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感測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,通常低於400℃,在高溫環境中發生碳化後會變脆變硬,囙此很難在高溫環境下使用現時報導的柔性溫度感測器。”田邊解釋道。

多種新技術實現柔性高溫傳感新突破

為了突破柔性溫度感測器的溫度測量瓶頸,田邊團隊創新性地選擇了具有寬溫域的鋁矽氧氣凝膠氈作為溫度感測器的柔性基板,選用絲網印刷科技製備厚膜。

在製備感測器過程中,田邊團隊使用有機黏合劑混合功能粉末完成漿料配寘,利用高溫熱處理方法去除薄膜中的多餘有機物,針對不同應用表面,實現了功能薄膜的特定曲面化製備,“就像球鞋設計者根據球星脚底的尺寸大小來製定碼數一樣”。製備好的柔性溫度感測器,能够貼附於不同曲率曲面,並具有超薄、超輕等優勢,首次實現柔性感測器從-190℃至1200℃這一極廣的溫度範圍內工作,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感測器難以實現的。它擴大了柔性感測器的工作溫域,在探險排難、航空航太、鋼鐵冶金等領域將發揮巨大的應用潜力。

在被問及新型柔性感測器何時能實現實際應用時,蔣莊德表示,團隊研究人員對製備的柔性溫度感測器已進行過多種實驗室級與實際測試,感測器在整個測試過程都表現出優异的測溫能力。

蔣莊德說,他們根據柔性溫度感測器的極輕、極薄特點,創新性地將其應用於智慧穿戴設備。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”。

現時,柔性感測器的許多科技仍停留在研究階段,產業鏈整體亟待提高。未來,田邊團隊期望將製備的柔性感測器能進一步優化,實現飛機表面、渦輪葉片等國之重器上的溫度測量。

本文標題: 柔性溫度感測器突破高溫極值
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1678844786438379
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