而柔性傳感器的基底，如常見的聚酰亞胺(PI)，雖然耐熱性較好，但其耐受溫度通常低于敏感材料所需的理想工藝溫度。若強行在柔性基底上直接高溫制備敏感層，會導致基底變形、老化甚至分解，器件性能與可靠性無從談起。這一“材料工藝溫度”與“基底耐受溫度”之間的根本矛盾，使得研究者往往被迫在“性能”與“柔性/輕薄”之間做出妥協(xié)，制約了高性能超薄柔性傳感器的實現。
近日，中國科學院新疆理化技術研究所研究員孔雯雯團隊在超薄柔性溫度傳感器領域取得重要進展。團隊采用“水溶性犧牲層輔助轉移”策略，成功解決了高性能敏感材料與柔性基底之間的工藝兼容性難題，制備出總厚度僅為40微米的超薄柔性溫度傳感器。
團隊通過水溶性GeO?犧牲層轉移技術，成功構建了基于PI/MnCo?O?/Ta?O?異質結構的負溫度系數傳感器，實現了材料性能與工藝可行性之間的平衡。
團隊使用水溶性且耐高溫的二氧化鍺(GeO?) 作為臨時、可犧牲的“襯底”，依次沉積并優(yōu)化鉭氧化物(Ta?O?)緩沖層、錳鈷氧化物(MnCo?O?)敏感層，形成高質量的多層異質結構。這一步確保了傳感材料本身具備優(yōu)異的靈敏度和穩(wěn)定性。敏感薄膜制備完成后，研究人員在其上方旋涂一層超薄的聚酰亞胺(PI)溶液，固化后形成柔性支撐層。此時，將整個結構浸入水中，GeO?襯底遇水迅速溶解，而上方的整個功能薄膜層(PI/MnCo?O?/Ta?O?)則完整地釋放出來，自然地漂浮在水面。
通過這一巧妙的策略，團隊成功制備出了總厚度僅為40微米的超薄柔性溫度傳感器。超薄傳感器展現出優(yōu)異的綜合性能：其電阻溫度系數(TCR)高達-4.1 %/℃，響應時間僅192毫秒(ms)，在反復彎折與熱沖擊下仍能穩(wěn)定工作。
這項研究不僅為高性能柔性溫度傳感器的制造提供了一種通用、高效的解決方案，更推動了柔性電子技術與實際應用之間的關鍵一步。未來，此類超薄、可靠的傳感器有望廣泛應用于智能穿戴、精準醫(yī)療、人機交互及工業(yè)物聯網等領域，為我們的生活和產業(yè)升級帶來全新的感知維度。
相關研究成果Water-Soluble GeO2-Transferred Ultrathin PI/MnCo2O4/Ta2O5 Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability于近日發(fā)表于《ACS應用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)。
參考來源：中國科學報
