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柔性單通道多模態(tài)傳感器研究取得進(jìn)展

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-12-11 15:54:35

傳統(tǒng)應(yīng)力/應(yīng)變-溫度傳感器設(shè)計(jì)策略是將兩種具有應(yīng)力/應(yīng)變和溫度傳感功能的材料集成構(gòu)建成疊層結(jié)構(gòu)的傳感器件。此類器件通常以“一對一”模式運(yùn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集復(fù)雜，且需要外部電源驅(qū)動(dòng)，其長期穩(wěn)定監(jiān)測的可靠性不佳。傳統(tǒng)傳感器無法通過單一材料和簡單結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對多參數(shù)變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，既實(shí)現(xiàn)材料的多功能化傳感具有挑戰(zhàn)。

　　近期，中國科學(xué)院金屬研究所研究團(tuán)隊(duì)研制出基于碲納米線熱電-壓電耦合效應(yīng)的柔性、單通道、應(yīng)變/應(yīng)變率-溫度多模態(tài)傳感器。團(tuán)隊(duì)通過材料調(diào)控和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)熱電材料中，熱電和壓電信號無法在同一方向獲得的難題，在傾斜生長的特殊網(wǎng)狀碲納米線結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了壓電信號和熱電信號在面外方向的同時(shí)感知和輸出。傳感器具有優(yōu)異的性能，應(yīng)變傳感靈敏度為0.454 V、應(yīng)變率傳感靈敏度為0.0154 V s、溫度傳感靈敏度達(dá)225.1 μV K-1，優(yōu)于已知同類多模態(tài)傳感器。同時(shí)，結(jié)合第一性原理計(jì)算，團(tuán)隊(duì)證明了Te原子電荷的變化引起的壓電效應(yīng)，以及外部電場對于壓電信號的調(diào)制作用機(jī)制。該工作為基于多物理場耦合效應(yīng)構(gòu)建柔性、單通道、多模態(tài)傳感器提供了思路，也為耦合“納米發(fā)電機(jī)”開辟了應(yīng)用方向。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和沈陽材料科學(xué)國家研究中心等的支持。

柔性單通道應(yīng)變/應(yīng)變率-溫度多模態(tài)傳感器件設(shè)計(jì)和顯微結(jié)構(gòu)特征

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