清華大學任天令教授團隊、北京化工大學俞度立/李宇濤教授團隊合作，制備出高靈敏度石墨烯-聚苯胺-聚二甲基硅氧烷復合材料。通過摻雜具有特殊負溫度特性的聚苯胺(PANI)作為復合材料，來補償溫度，從材料層面創造性地解決了傳感器非線性問題。該工作是團隊近期關于高精度溫度傳感器的合成與制備相關研究的最新進展之一。該文章以“An Ultrahigh Linear Sensitive Temperature Sensor Based on PANI:Graphene and PDMS Hybrid with Negative Temperature Compensation”為題，發表在ACS Nano期刊上。文章第一作者是博士研究生劉航和碩士研究生孫寬以及郭霄亮副教授。該研究得到國家自然科學基金委、北京化工大學人才引進項目的支持。
該研究構建了“空間-間隙”的分布模型，并將這些空間特征引入到復合材料的數學公式，定量研究了“空間-間隙”對石墨烯-聚苯胺-聚二甲基硅氧烷納米材料熱敏特性的影響。制備的傳感器在25-40℃的溫度感應范圍內，具有高靈敏度(1.60%/°C)、線性度(R2=0.99)、 精確度(0.3°C)?和快速時間響應(0.7 s)。在此基礎上，得到的溫度傳感器可以與讀出電路和濾波電路相結合，并帶有高精度的模擬數字轉換器(ADC)，以實時監測皮膚溫度、環境溫度和呼吸頻率等。這種高性能的溫度傳感器揭示了其在電子皮膚、疾病診斷、醫療監測等領域的巨大潛力。
圖1?石墨烯-聚苯胺-聚二甲基硅氧烷柔性溫度傳感器的制備過程
圖2?具有“空間-間隙”結構的柔性溫度傳感器的理論仿真分析
圖3 石墨烯-聚苯胺-聚二甲基硅氧烷柔性溫度傳感器的溫度特性
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10342
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