中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
近日，復(fù)旦大學(xué)黃吉平教授研究團(tuán)隊(duì)利用拓展平面結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)熱傳感器研究中取得進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)利用準(zhǔn)二維的拓展平面結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了可隨環(huán)境變化而自適應(yīng)工作的動(dòng)態(tài)熱傳感器。該項(xiàng)研究為解決傳統(tǒng)熱傳感器的可重構(gòu)性問題提供了重要思路。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(cè)量在生物學(xué)、醫(yī)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(shù)情況下，具有固定熱導(dǎo)率的傳感器不可避免地會(huì)與被測(cè)介質(zhì)的熱導(dǎo)率參數(shù)不匹配，從而導(dǎo)致溫度場(chǎng)的失真和檢測(cè)不準(zhǔn)確。盡管近年來在解決參數(shù)不匹配問題方面取得了一些進(jìn)展，但現(xiàn)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(yīng)該能夠在多種場(chǎng)景中運(yùn)行。在此，黃吉平教授研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的熱傳感器，能夠在多樣化的工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。值得注意的是，得益于擴(kuò)展平面結(jié)構(gòu)高度可調(diào)的熱導(dǎo)率，該傳感器在具有廣泛熱導(dǎo)率范圍的背景介質(zhì)中都能有效運(yùn)行。這一進(jìn)展顯著提升了熱傳感器的魯棒性和適應(yīng)性，為多物理場(chǎng)景下的傳感應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
本文提出了動(dòng)態(tài)單一擴(kuò)展平面雙層熱傳感器的設(shè)計(jì)方法，并通過模擬和實(shí)驗(yàn)評(píng)估其性能。結(jié)果顯示，通過調(diào)整擴(kuò)展平面的高度，拓展平面熱傳感器可以在多種環(huán)境中運(yùn)行，從而展示了可重構(gòu)性與可靠性。此外，采用多擴(kuò)展平面結(jié)構(gòu)時(shí)也獲得了類似的結(jié)果。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上成功通過改變基本圓環(huán)單元數(shù)目巧妙實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)熱傳感器的自適應(yīng)能力。
圖1：?jiǎn)瓮卣蛊矫鎰?dòng)態(tài)熱傳感器多參數(shù)模擬結(jié)果
圖2：多拓展平面動(dòng)態(tài)熱傳感器多參數(shù)模擬結(jié)果
圖3：?jiǎn)瓮卣蛊矫鎰?dòng)態(tài)熱傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果
團(tuán)隊(duì)介紹
黃吉平，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師；國(guó)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(guó)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(fù)旦大學(xué)物理系研究員；2007年3月起，復(fù)旦大學(xué)物理系教授；2012年12月起，復(fù)旦大學(xué)物理系“謝希德青年特聘教授”；2018年1月起，復(fù)旦大學(xué)特聘教授；2024年1月起，復(fù)旦大學(xué)物理系“謝希德特聘教授”。2006年2月起，復(fù)旦大學(xué)物理系博士生導(dǎo)師。2007年1月-2009年3月、2020年7月起，復(fù)旦大學(xué)物理系副主任。2009年6月-12月，美國(guó)哈佛大學(xué)物理系訪問學(xué)者。2012年獲得國(guó)家基金委優(yōu)秀青年基金、入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”；2017年獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金。黃吉平教授研究團(tuán)隊(duì)已在國(guó)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。
