中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎國家重點(diǎn)實(shí)驗室熱電材料與器件研究組研究員姜鵬和副研究員陸曉偉，聯(lián)合中國科學(xué)院院士包信和團隊，開(kāi)發(fā)了柔性、可穿戴長(cháng)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(jué)是智能機器人感知外部環(huán)境刺激的基礎。在傳統觸覺(jué)系統中，觸覺(jué)傳感器需要與外部環(huán)境物理接觸進(jìn)而獲取溫度信息，而無(wú)法在接觸前對外部刺激作出預判。因此，發(fā)展具有非接觸溫度感知能力的先進(jìn)觸覺(jué)傳感技術(shù)，將有助于為機器人交互感知領(lǐng)域帶來(lái)新體驗。
光熱電探測器基于光熱、熱電兩個(gè)能量轉換過(guò)程，在無(wú)需制冷、無(wú)需偏置電壓、無(wú)接觸的條件下可以實(shí)現對長(cháng)波紅外輻射的靈敏探測。該團隊在前期光熱電探測器工作的基礎上，在具有長(cháng)波紅外吸收能力的柔性聚酰亞胺（PI）襯底上構建了Te/CuTe熱電異質(zhì)結，制備出高靈敏度、柔性、可穿戴長(cháng)波紅外光熱電探測器。Te/CuTe熱電異質(zhì)結可以提升復合薄膜的熱電功率因子，起到降低器件噪音的作用；可以通過(guò)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，當目標溫度從零下50°C上升至110°C，柔性光熱電探測器靈敏度均優(yōu)于商業(yè)剛性熱電堆，且溫度分辨能力可達0.05°C。以此為基礎，該研究利用該紅外探測器在接近輻射源過(guò)程中響應電壓的斜率變化，開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)溫度預警系統。該系統使得軟體機械手可對熱源進(jìn)行預先判定。上述成果為在仿生觸覺(jué)系統中引入紅外探測技術(shù)提供了可行的解決方案，在機器人交互感知、虛擬現實(shí)等領(lǐng)域具有應用前景。
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。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、遼寧省自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng )新基金等的支持。
