中國電子元件行業(yè)協(xié)會
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(chǔ)國家重點實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(tuán)隊，開發(fā)了柔性、可穿戴長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。
仿生觸覺是智能機器人感知外部環(huán)境刺激的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)觸覺系統(tǒng)中，觸覺傳感器需要與外部環(huán)境物理接觸進(jìn)而獲取溫度信息，而無法在接觸前對外部刺激作出預(yù)判。因此，發(fā)展具有非接觸溫度感知能力的先進(jìn)觸覺傳感技術(shù)，將有助于為機器人交互感知領(lǐng)域帶來新體驗。
光熱電探測器基于光熱、熱電兩個能量轉(zhuǎn)換過程，在無需制冷、無需偏置電壓、無接觸的條件下可以實現(xiàn)對長波紅外輻射的靈敏探測。該團(tuán)隊在前期光熱電探測器工作的基礎(chǔ)上，在具有長波紅外吸收能力的柔性聚酰亞胺（PI）襯底上構(gòu)建了Te/CuTe熱電異質(zhì)結(jié)，制備出高靈敏度、柔性、可穿戴長波紅外光熱電探測器。Te/CuTe熱電異質(zhì)結(jié)可以提升復(fù)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(dāng)目標(biāo)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(dá)0.05°C。以此為基礎(chǔ)，該研究利用該紅外探測器在接近輻射源過程中響應(yīng)電壓的斜率變化，開發(fā)了動態(tài)溫度預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)使得軟體機械手可對熱源進(jìn)行預(yù)先判定。上述成果為在仿生觸覺系統(tǒng)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(xiàn)實等領(lǐng)域具有應(yīng)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。
