南京工业大学《AFM》:三明治状柔性热电BiSbTe/碳纸/BiSbTe薄膜,用于双模温度-压力传感器

科技   2024-11-22 16:32   河北  

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成果简介


双模温度-压力传感器在个人健康监测、可穿戴设备和机器人信号检测方面大有可为。传统的双模传感器通常由两个独立的传感器组合而成,导致制造复杂。本文,南京工业大学宗鹏安 副教授团队在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Flexible Thermoelectric BiSbTe/Carbon Paper/BiSbTe Sandwiches for Bimode Temperature-Pressure Sensors”的论文,研究采用简便的电沉积方法制造出夹层 BiSbTe/碳纸/BiSbTe 薄膜,并将其堆叠成垂直结构,从而开发出一种双模温度-压力传感器。

它的温度传感灵敏度很高,能够检测到低至1K的温差,而且由于采用了垂直结构,响应时间很快,仅为 0.92 秒。利用热电机制,该传感器实现了手指触摸和呼吸状态的自供电传感。此外,它的岛状接触面通过在压力作用下快速改变接触电阻,确保了 0.17 秒的极快响应时间和高灵敏度,使其能够检测包括肢体动作和微表情在内的各种人体行为。除传感功能外,该薄膜还在柔韧性、电磁干扰屏蔽和稳定性方面表现出色,具有集成到自供电电子皮肤系统中的巨大潜力,可用于健康监测、可穿戴设备、人工智能和其他电子皮肤应用。



图文导读


图1、BiSbTe/碳纸/BiSbTe (BST/CP/BST) 夹层薄膜的合成


图2、含1mM Bi3+ 的 BST/CP/BST夹层薄膜的微观结构和成分。


图3、单层 BST/CP/BST 夹层薄膜和十层叠加发电机的热电性能。


图4、温度传感器的结构和性能演示


图5、压力传感器的机理和传感演示。


图6、基于 BST/CP/BST 薄膜的十层压力传感器,安装在面部区域用于情绪监测,或安装在颈部用于健康监测。



小结


传统的双模温度-压力传感器集成了两个独立的传感器,导致制造复杂。在这项研究中,我们在单一材料中实现了双模传感器的功能。通过电沉积法在碳纸两面沉积热电BiSbTe,我们创造出了一种夹层结构薄膜。将这些薄膜堆叠起来形成一个垂直传感器,通过电压间隙实现有效的温度传感,由于垂直结构,响应时间很快。该传感器集成到面罩中,可实时监测人体呼吸频率,并可作为自供电压力传感器使用。其岛状接触表面可通过接触电阻的快速变化确保高灵敏度。该传感器能够检测人体的各种行为,如肢体动作和微表情,同时具有出色的灵敏度和快速反应能力。除了多功能传感之外,这种薄膜还具有出色的机械强度、电磁干扰屏蔽和稳定性。这种具有成本效益的制造方法还支持大规模生产,有望应用于健康监测、可穿戴设备、人工智能和电子皮肤等领域。


文献:

https://doi.org/10.1002/adfm.202414660


信息来源:材料分析与应用




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