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总厚度仅40微米，我国科学家成功制备超薄柔性温度传感器

2025-12-17 08:43:11来源：化工仪器网阅读量：603 评论

　　柔性温度传感器在可穿戴设备、医疗监测、电子皮肤等领域具有广阔应用前景，然而长期以来，实现高灵敏度与高稳定性共存一直是一大挑战。高性能温度传感的核心在于敏感材料(如金属氧化物)，这类材料通常需要经过高温退火(数百摄氏度)处理才能获得理想的晶体结构和灵敏的电学性能。

　　而柔性传感器的基底，如常见的聚酰亚胺(PI)，虽然耐热性较好，但其耐受温度通常低于敏感材料所需的理想工艺温度。若强行在柔性基底上直接高温制备敏感层，会导致基底变形、老化甚至分解，器件性能与可靠性无从谈起。这一“材料工艺温度”与“基底耐受温度”之间的根本矛盾，使得研究者往往被迫在“性能”与“柔性/轻薄”之间做出妥协，制约了高性能超薄柔性传感器的实现。

　　近日，中国科学院新疆理化技术研究所研究员孔雯雯团队在超薄柔性温度传感器领域取得重要进展。团队采用“水溶性牺牲层辅助转移”策略，成功解决了高性能敏感材料与柔性基底之间的工艺兼容性难题，制备出总厚度仅为40微米的超薄柔性温度传感器。

　　团队通过水溶性GeO₂牺牲层转移技术，成功构建了基于PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅异质结构的负温度系数传感器，实现了材料性能与工艺可行性之间的平衡。

　　团队使用水溶性且耐高温的二氧化锗(GeO₂) 作为临时、可牺牲的“衬底”，依次沉积并优化钽氧化物(Ta₂O₅)缓冲层、锰钴氧化物(MnCo₂O₄)敏感层，形成高质量的多层异质结构。这一步确保了传感材料本身具备优异的灵敏度和稳定性。敏感薄膜制备完成后，研究人员在其上方旋涂一层超薄的聚酰亚胺(PI)溶液，固化后形成柔性支撑层。此时，将整个结构浸入水中，GeO₂衬底遇水迅速溶解，而上方的整个功能薄膜层(PI/MnCo₂O₄/Ta₂O₅)则完整地释放出来，自然地漂浮在水面。

　　通过这一巧妙的策略，团队成功制备出了总厚度仅为40微米的超薄柔性温度传感器。超薄传感器展现出优异的综合性能：其电阻温度系数(TCR)高达-4.1 %/℃，响应时间仅192毫秒(ms)，在反复弯折与热冲击下仍能稳定工作。

　　这项研究不仅为高性能柔性温度传感器的制造提供了一种通用、高效的解决方案，更推动了柔性电子技术与实际应用之间的关键一步。未来，此类超薄、可靠的传感器有望广泛应用于智能穿戴、精准医疗、人机交互及工业物联网等领域，为我们的生活和产业升级带来全新的感知维度。

　　相关研究成果Water-Soluble GeO2-Transferred Ultrathin PI/MnCo2O4/Ta2O5 Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability于近日发表于《ACS应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)。

　　参考来源：中国科学报

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