近日，西安電子科技大學(xué)杭州研究院汽車電子研究所保宏團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials（影響因子為27.4）發(fā)表題為《Passive Isothermal Flexible Sensor Enabled by Smart Thermal-Regulating Aerogels》的研究論文。研究采用智能熱調(diào)節(jié)氣凝膠，構(gòu)筑具有環(huán)境自適應(yīng)的無(wú)源被動(dòng)等溫柔性傳感器，實(shí)現(xiàn)柔性傳感器在動(dòng)態(tài)熱環(huán)境中的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性。

這是保宏團(tuán)隊(duì)柔性電子方向在不到一年的時(shí)間，在AFM和AM兩個(gè)國(guó)際頂級(jí)期刊以研究院為第一單位發(fā)表論文。西電杭州研究院博士后鐘申潔、西交利物浦大學(xué)博士生魯博涵為論文共同第一作者，西安電子科技大學(xué)杭州研究院為第一署名單位，論文的合作單位還包括浙江大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校和蘇州大學(xué)。

一般數(shù)情況下，柔性傳感器多由聚合物基底組成，這導(dǎo)致柔性傳感器對(duì)環(huán)境波動(dòng)高度敏感，容易出現(xiàn)傳感輸出性能不穩(wěn)定的情況。

針對(duì)以上問(wèn)題，被動(dòng)式日間輻射制冷（PDRC）被提出，這是一種無(wú)需任何能量輸入的新型制冷方式。其主要通過(guò)有效反射太陽(yáng)輻射（0.3-2.5μm波段）并通過(guò)大氣窗口（8-13μm波段）向寒冷的外太空輻射熱量，最終實(shí)現(xiàn)物體表面的自發(fā)冷卻。將PDRC與柔性傳感器集成，可有效防止傳感器在夏日晴天戶外過(guò)熱。但是PDRC可能會(huì)導(dǎo)致傳感器在冬季室外過(guò)冷。

此外，非輻射熱（熱傳導(dǎo)）對(duì)實(shí)現(xiàn)熱平衡同樣重要，使用超低熱導(dǎo)率材料不僅在高溫時(shí)減少?gòu)闹車h(huán)境傳遞到傳感器的熱量，并在寒冷氣候下最大限度地減少內(nèi)部熱量損失。

然而，現(xiàn)有的傳感器熱調(diào)節(jié)策略無(wú)法同時(shí)滿足散熱和保溫的要求，確保傳感器在動(dòng)態(tài)熱環(huán)境下保持額定工作溫度仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究提出了一種無(wú)源被動(dòng)等溫傳感器，該傳感器集成PDRC和熱絕緣的可調(diào)熱管理策略，以適應(yīng)動(dòng)態(tài)熱環(huán)境。

無(wú)源被動(dòng)等溫傳感器的熱調(diào)控原理及微結(jié)構(gòu)示意圖

由中空微纖維組裝而成的多層次纖維素氣凝膠(HCA)作為傳感器頂部摩擦電負(fù)極材料，在不同熱環(huán)境下能夠分別實(shí)現(xiàn)加熱和冷卻功能。HCA具有較高的陽(yáng)光反射率和中紅外發(fā)射率，因此是PDRC（輻射熱過(guò)程）的理想材料。

同時(shí)，HCA具有超低導(dǎo)熱系數(shù)（非輻射熱過(guò)程）。在夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)時(shí)，PDRC占主導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)輻射冷卻。相反，在冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，HCA的低導(dǎo)熱率（非輻射）可防止熱量散失。

本工作為開(kāi)發(fā)新型環(huán)境自適應(yīng)型柔性傳感器提供了一種新思路，有望實(shí)現(xiàn)柔性可穿戴電子設(shè)備在動(dòng)態(tài)熱環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

文章來(lái)源：西安電子科技大學(xué)