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科技進(jìn)展
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近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室熱電材料與器件研究組研究員姜鵬、副研究員陸曉偉、中國科學(xué)院院士包信和團(tuán)隊開發(fā)了柔性、可穿戴長波紅外光熱電探測器,并將其用于電子皮膚非接觸溫度感知。

仿生觸覺是智能機(jī)器人感知外部環(huán)境刺激的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)觸覺系統(tǒng)中,觸覺傳感器需要與外部環(huán)境物理接觸進(jìn)而獲取溫度信息,無法在接觸前對外部刺激作出預(yù)判。因此,發(fā)展具有非接觸溫度感知能力的先進(jìn)觸覺傳感技術(shù),將有助于為機(jī)器人交互感知領(lǐng)域帶來全新的體驗。

大連化物所開發(fā)出柔性可穿戴長波紅外光熱電探測器

光熱電探測器是基于光熱、熱電兩個能量轉(zhuǎn)換過程,可在無需制冷、無需偏置電壓、無接觸的條件下實現(xiàn)對長波紅外輻射(8至14 m)的靈敏探測。本工作中,研究團(tuán)隊在前期光熱電探測器工作(Adv. Mater.,2022;Adv. Mater.,2019;Nat. Commun.,2019)的基礎(chǔ)上,在具有長波紅外吸收能力的柔性聚酰亞胺(PI)襯底上構(gòu)建了Te/CuTe熱電異質(zhì)結(jié),制備出高靈敏度、柔性、可穿戴長波紅外光熱電探測器。Te/CuTe熱電異質(zhì)結(jié)一方面可以提升復(fù)合薄膜的熱電功率因子,起到降低器件噪音的作用;另一方面可以通過降低其光學(xué)反射損耗,并將其光學(xué)反射極小值與PI吸收峰對齊,增強光熱電耦合,提升器件靈敏度。

在非接觸式溫度感知測試中,當(dāng)目標(biāo)溫度從零下50 C上升至110 C,所制備的柔性光熱電探測器靈敏度均優(yōu)于商業(yè)剛性熱電堆,溫度分辨能力可達(dá)0.05 C。以此為基礎(chǔ),研究團(tuán)隊利用該紅外探測器在接近輻射源過程中響應(yīng)電壓的斜率變化,開發(fā)了動態(tài)溫度預(yù)警系統(tǒng),使得軟體機(jī)械手可對熱源進(jìn)行預(yù)先判定。該工作為在仿生觸覺系統(tǒng)中引入紅外探測技術(shù)提供了可行的解決方案,在機(jī)器人交互感知、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

相關(guān)研究成果以“Touchless thermosensation enabled by flexible photothermoelectric detector for temperature prewarning function of electronic skin ”為題,發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、遼寧省自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的資助。

文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313911

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