下一代軟性機器人、智能服裝和生物相容性醫療設備將需要集成的軟性傳感器，這些傳感器可以隨著設備或佩戴者拉伸和扭曲。傳統傳感器將面臨挑戰，因為它們使用的大多數組件都是剛性的。
據麥姆斯咨詢報道，近日，哈佛大學（Harvard）John A. Paulson工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員已經開發出一種軟性、可拉伸的自供電溫度計，它可以集成到可拉伸電子設備和軟性機器人中。
SEAS的力學和材料學Allen E. and Marilyn M. Puckett教授、該論文的資深作者Zhigang Suo說：“我們開發了具有高靈敏度和快速響應時間的軟性溫度傳感器，為在醫療保健、工程和娛樂領域開發新的人機交互接口和軟性機器人提供了新的可能性。”
這項研究成果發表在Proceedings of the National Academy of Sciences期刊上。
圖1 離子電子學測溫法
研究人員開發的新型溫度計由三個簡單的部分組成：電解質、電極和將兩者分開的電介質材料。電解質/電介質界面積聚離子，而電介質/電極界面積聚電子。兩者之間的電荷不平衡在電解質中形成了離子云。當溫度變化時，離子云的厚度發生變化，并產生電壓。電壓對溫度變化靈敏，但對器件的拉伸不敏感。
SEAS博士后、該論文的第一作者Yecheng Wang說：“由于設計非常簡單，因此根據應用的不同，有許多不同的方式來定制溫度傳感器。您可以選擇不同的材料，以不同的方式排列，并針對不同的任務進行優化。”
圖2 適用于曲面的可拉伸透明離子電子學溫度計
通過將電解質、電介質和電極布置在不同的配置中，研究人員開發了四種溫度傳感器設計。在一項測試中，他們將溫度傳感器集成到一個軟性夾具中，并測量了一個煮熟的熱雞蛋的溫度。開發的傳感器比傳統的熱電溫度計更靈敏，可以在大約 10 ms內對溫度變化做出響應。
Yecheng Wang說：“我們證明了這些溫度傳感器可以小型化并穩定運行，甚至可以制成透明的溫度傳感器。”
根據所使用的材料，開發的溫度計可以測量200℃以上或-100℃以下的溫度。
Zhigang Suo說：“這種高度可定制的平臺可能帶來新的發展，以實現和改善萬物互聯。”
這篇論文的共同作者包括Kun Jia、Shuwen Zhang、Hyeong Jun Kim、Yang Bai和Ryan C. Hayward。這項研究工作獲得了美國國家科學基金會（National Science Foundation）通過哈佛大學材料研究科學與工程中心的部分支持（DMR2011754）。
論文信息：
Yecheng Wang, Kun Jia, Shuwen Zhang, Hyeong Jun Kim, Yang Bai, Ryan C. Hayward, Zhigang Suo. Temperature sensing using junctions between mobile ions and mobile electrons. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022; 119 (4): e2117962119
DOI: 10.1073/pnas.2117962119
延伸閱讀：
《可穿戴技術及市場-2021版》
《印刷和柔性傳感器技術及市場-2021版》
《觸覺技術及市場-2021版》
《傳感器技術和市場趨勢-2020版》
