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内容概览
现有技术缺点
温度范围有限：大多数现有温度传感器在极端高温或低温下失去传感性能，无法在宽温度范围内稳定工作。 响应时间长：在超宽温度范围内实现微秒级的快速响应仍具挑战性。
柔性不足：现有传感器在形状和空间映射上较为局限，无法适应复杂形状或弯曲变形。
文章亮点
超宽温度检测范围：通过喷墨打印和热退火技术，构建了基于
合金薄膜的柔性温度传感器，在聚酰亚胺基板上可检测20-823 K，柔性云母上可检测到1073 K的温度范围。 快速响应：传感器的响应时间仅约为30微秒，创下了纪录，能够迅速检测到如液氮、水滴和火焰接触引发的瞬时温度变化。
空间映射能力：传感器阵列即使在弯曲或变形的情况下，仍能提供任意形状的空间映射，实现热传导和温度变化的精准监测。
高灵敏度与稳定性：在高温和低温下分别表现出优异的灵敏度，且在经历100次加热/冷却循环后仍能保持可靠响应。
应用场景
极端环境监测：适用于航空航天器、化学反应、推进剂燃烧和冶金等极端环境下的温度监测。
柔性电子与可穿戴设备：在可弯曲、复杂形状的设备中使用，如可穿戴设备中的实时温度监测。
科学实验：能够精确记录极端温度变化，适用于对快速热动态的科学实验和研究。
总结
本研究提出了一种基于
文章名称：Microsecond-Scale Transient Thermal Sensing Enabled by Flexible Alloys
期刊：Research
文章DOI：10.34133/research.0452
通讯作者：西北工业大学黄维（Wei Huang）院士和王学文（Xuewen Wang）教授
02
图文简介
柔性传感器及传感阵列的结构
图1. 合金基传感阵列的设计与结构。(a) 温度传感阵列的三维图示。(b) 单个传感元件的示意图及其相应的交叉截面扫描电子显微镜(SEM)图像，显示了带有银墨的通孔。比例尺，100微米。(c) 展示在弯曲变形下制造的传感器阵列的照片图像。比例尺，20 mm。(d) 合金薄膜在聚酰亚胺(PI)和金(Au)指状电极上的SEM图像。比例尺，100 μm。(e) 在单次打印过程中，墨水浓度为2 mg mL-1的印刷合金薄膜的原子力显微镜(AFM)图像。比例尺，5 μm。(f) 合成的 合金的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图像。(g) 合金薄膜在聚酰亚胺基底上的拉曼光谱，其中x=1, 0.8, 0.6, 0.4, 0.2和0。(h) 合金薄膜的电阻随钨(W)成分x的变化，步长为0.2。
静态和动态传感性能
图2. 合金基温度传感器的温度传感特性。(a) 在平坦和弯曲条件下，传感器在温度从20 K升高至823 K时的相对电阻变化。插图为传感器在弯曲状态下的照片。(b) 在303 K至823 K范围内的电阻变化。(c) 合金传感器的电导率与温度的对数-对数图。(d) 传感器的电阻变化和脉冲电压随时间的变化，经过1000个循环。电阻变化是由加热器产生的温度升高引起的。(e) 传感器的响应时间提取。加热和冷却的激活时间分别为t1 = 30 μs和t2 = 25 μs。加热和冷却的稳定时间分别为th = t1 + t2 = 90 μs和tc = t3 + t4 = 90 μs。(f) 提议的传感器与文献中温度传感器在响应时间和工作温度范围方面的比较。(g) 传感器在210 K至230 K范围内的相对电阻变化。插图显示在212 K至212.2 K和227 K至227.2 K之间以0.05 K为步长的信号，展现出较高的线性度。
图3. 合金基温度传感器的动态传感行为和信号稳定性。在可编程加热和冷却过程中，相对电阻变化(a) 从150 K到300 K，和(b) 从303 K到773 K，每个步骤保持5分钟。图(a)和(b)中的插图分别显示了从250 K到300 K和673 K到773 K的放大曲线。(c) 在不同加热频率下（10、20和40 K/min）传感器在470 K的温度变化下的相对电阻变化，显示出一致且可重复的传感响应。(d) 在温度梯度从70 K到470 K以100 K为步长的动态扫描中，电阻的相对变化。(e) 在约0.05 Hz频率下进行100个循环加热和冷却的耐久性测试，温度梯度为170 K。插图显示了循环加热过程中初始300秒和最后300秒的相对电阻变化。(f) 传感器在火焰加热后浸入液氮中的可重复加热下的循环电阻变化。插图展示了传感器在燃烧和浸入液氮中的照片。(g) (f)中电气响应的放大曲线，从101.5秒到102.5秒，显示了传感器在火焰作用下、火焰移除后以及浸入液氮时的电阻变化。
温度传感阵列
图4. 合金基温度传感阵列。(a) 左侧面板展示了传感器阵列与木材火焰紧密接触时的773照片，右侧面板为相应的电压映射，展示了火焰的形状。黑色像素表示火焰的闭合位置。相对电压变化定义为ΔU/U0= (U-U0)/U0，其中U0和U分别为在外部刺激前后的测量电压。后续图中的色条均表示相对电压变化。比例尺，10 mm。(b) 左侧面板为在弯曲变形下的传感器阵列照片。比例尺，10 mm。右侧面板为弯曲的传感器阵列靠近火焰时记录的输出信号。(c) 在不同时间（i) 0.9, ii) 1.8, iii) 3.1, iv) 12.6 s）下，测量放置在U形铁棒上的传感器阵列的电压映射，其中一个热角落（在插图中用白色虚线圈出）显示了热传导和散热引起的电压变化。插图为正在测试的传感器阵列的示意图。(d) 电压映射显示了铁棒滑动的轨迹。白色像素表示由于电阻增加引起的电压升高，这归因于传感器阵列与冷铁棒接触后温度降低。铁棒滑动后，电压大致恢复到原始值。插图为浸入液氮中的铁棒从上到下滑动时传感器阵列的照片。比例尺，10 mm。
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文献来源
Weiwei Li, Lingyan Kong,Manzhang Xu,Jiuwei Gao,Lei Luo,Yingzhe Li,Kexin Wang, Yilin Zhou,Lei Li, Yuan Wei, et al.Microsecond-Scale Transient Thermal Sensing Enabled by Flexible Mo(1−x)W(x)S(2) Alloys. Research. 2024;7:0452.DOI:10.34133/research.0452
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