中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，復旦大學(xué)黃吉平教授研究團隊利用拓展平面結構在實(shí)現熱傳感器研究中取得進(jìn)展，該團隊利用準二維的拓展平面結構，成功實(shí)現了可隨環(huán)境變化而自適應工作的動(dòng)態(tài)熱傳感器。該項研究為解決傳統熱傳感器的可重構性問(wèn)題提供了重要思路。相關(guān)成果以“A dynamic thermal sensing mechanism with reconfigurable expanded-plane structures”為題發(fā)表在《Journal of Applied Physics》上。此文的通訊作者是黃吉平教授、金鵬博士，第一作者是博士生譚浩瀚同學(xué)，第二作者是碩士生才昊旸同學(xué)。
溫度的精確測量在生物學(xué)、醫學(xué)、工業(yè)自動(dòng)化、能源管理以及日常生活等諸多領(lǐng)域都至關(guān)重要。然而，在大多數情況下，具有固定熱導率的傳感器不可避免地會(huì )與被測介質(zhì)的熱導率參數不匹配，從而導致溫度場(chǎng)的失真和檢測不準確。盡管近年來(lái)在解決參數不匹配問(wèn)題方面取得了一些進(jìn)展，但現有的所有解決方案都局限于固定的工作介質(zhì)，而更通用的傳感器應該能夠在多種場(chǎng)景中運行。在此，黃吉平教授研究團隊報道了一種動(dòng)態(tài)可重構的熱傳感器，能夠在多樣化的工作環(huán)境中實(shí)現高精度測量。值得注意的是，得益于擴展平面結構高度可調的熱導率，該傳感器在具有廣泛熱導率范圍的背景介質(zhì)中都能有效運行。這一進(jìn)展顯著(zhù)提升了熱傳感器的魯棒性和適應性，為多物理場(chǎng)景下的傳感應用奠定了堅實(shí)基礎。
本文提出了動(dòng)態(tài)單一擴展平面雙層熱傳感器的設計方法，并通過(guò)模擬和實(shí)驗評估其性能。結果顯示，通過(guò)調整擴展平面的高度，拓展平面熱傳感器可以在多種環(huán)境中運行，從而展示了可重構性與可靠性。此外，采用多擴展平面結構時(shí)也獲得了類(lèi)似的結果。進(jìn)一步，團隊在實(shí)驗上成功通過(guò)改變基本圓環(huán)單元數目巧妙實(shí)現了動(dòng)態(tài)熱傳感器的自適應能力。
圖1：?jiǎn)瓮卣蛊矫鎰?dòng)態(tài)熱傳感器多參數模擬結果
圖2：多拓展平面動(dòng)態(tài)熱傳感器多參數模擬結果
圖3：?jiǎn)瓮卣蛊矫鎰?dòng)態(tài)熱傳感器實(shí)驗結果
團隊介紹
黃吉平，復旦大學(xué)物理學(xué)系教授、博士生導師；國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。2003年獲得香港中文大學(xué)物理系博士學(xué)位，其后在德國馬普學(xué)會(huì )高分子研究所做博士后、洪堡學(xué)者。2005年9月-2007年2月，復旦大學(xué)物理系研究員；2007年3月起，復旦大學(xué)物理系教授；2012年12月起，復旦大學(xué)物理系“謝希德青年特聘教授”；2018年1月起，復旦大學(xué)特聘教授；2024年1月起，復旦大學(xué)物理系“謝希德特聘教授”。2006年2月起，復旦大學(xué)物理系博士生導師。2007年1月-2009年3月、2020年7月起，復旦大學(xué)物理系副主任。2009年6月-12月，美國哈佛大學(xué)物理系訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者。2012年獲得國家基金委優(yōu)秀青年基金、入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”；2017年獲得國家杰出青年科學(xué)基金。黃吉平教授研究團隊已在國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文300余篇，其中包括Reviews of Modern Physics、Nature Reviews Physics、PNAS、Nature Computational Science、Nature Materials、Nature Physics、Nature Communications、Physics Reports、Physical Review Letters、Advanced Materials等等。
