热扩散辅助热释电 实现快速稳定的热量和辐射传感

林雪平大学有机电子实验室的研究人员受到天然皮肤行为的启发,开发出一种适用于电子皮肤的传感器。它可以测量体温的变化,并对阳光和温暖的触感做出反应。

机器人,对触摸做出反应的假肢和健康监测是全球科学家致力于开发电子皮肤的三个领域。他们希望这种皮肤具有弹性并具有某种形式的敏感性。林雪平大学有机电子实验室的研究人员现已通过结合多种物理现象和材料,采取措施实现这一系统。结果是传感器类似于人体皮肤,可以感知温度变化,温度变化源于温暖物体的触摸,以及来自太阳辐射的热量。

“我们受到大自然及其感应热和辐射方法的启发,”有机电子实验室有机光子学和纳米光学小组的博士生Mina Shiran Chaharsoughi说。

她与同事一起开发了一种将热释电和热电效应与纳米光学现象相结合的传感器。

当热电材料被加热或冷却时,在电热材料中产生电压。正是温度的变化产生了一种迅速而强烈的信号,但这种信号几乎同样迅速衰减。

相反,在热电材料中,当材料具有一个冷侧和一个热侧时产生电压。这里的信号缓慢出现,在测量之前必须经过一段时间。热量可能来自温暖的触摸或来自太阳;所需要的只是一方比另一方更冷。

“我们希望享受两全其美的优势,因此我们将有机电子实验室的Dan Zhao,Simone Fabiano和其他同事在之前的项目中开发的热电聚合物与热电凝胶结合起来。这种组合提供了快速而强大的信号有机光子学和纳米光学集团的领导人Magnus Jonsson说,只要存在刺激,这种刺激就会持续存在。

此外,事实证明,这两种材料以增强信号的方式相互作用。

新传感器还使用另一种称为等离子体的纳米光学实体。

“当光与金属和银等金属纳米粒子相互作用时,会产生等离子体。入射光会使粒子中的电子一致振荡,形成等离子体。这种现象为纳米结构提供了非凡的光学性质,如高散射和高吸收,“Magnus Jonsson解释道。

在之前的工作中,他和他的同事已经证明,已经穿孔纳米孔的金电极借助等离子体有效地吸收光。吸收的光随后转化为热量。利用这样的电极,具有纳米孔的薄金膜,在面向太阳的一侧,传感器还可以将可见光快速转换为稳定的信号。

作为额外的奖励,传感器也是压力敏感的。“当我们用手指按压传感器时会产生一个信号,但是当我们用一块塑料对它施加相同的压力时就会出现这种信号。它会对手的热量作出反应,”Magnus Jonsson说。