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傳統應力/應變-溫度傳感器設計策略是將兩種具有應力/應變和溫度傳感功能的材料集成構建成疊層結構的傳感器件。此類器件通常以“一對一”模式運行,結構設計和數據采集復雜,且需要外部電源驅動,其長期穩定監測的可靠性不佳。傳統傳感器無法通過單一材料和簡單結構來實現對多參數變量的實時監測,既實現材料的多功能化傳感具有挑戰。
近期,中國科學院金屬研究所研究團隊研制出基于碲納米線熱電-壓電耦合效應的柔性、單通道、應變/應變率-溫度多模態傳感器。團隊通過材料調控和結構設計克服了傳統熱電材料中,熱電和壓電信號無法在同一方向獲得的難題,在傾斜生長的特殊網狀碲納米線結構中,實現了壓電信號和熱電信號在面外方向的同時感知和輸出。傳感器具有優異的性能,應變傳感靈敏度為0.454 V、應變率傳感靈敏度為0.0154 V s、溫度傳感靈敏度達225.1 μV K-1,優于已知同類多模態傳感器。同時,結合第一性原理計算,團隊證明了Te原子電荷的變化引起的壓電效應,以及外部電場對于壓電信號的調制作用機制。該工作為基于多物理場耦合效應構建柔性、單通道、多模態傳感器提供了思路,也為耦合“納米發電機”開辟了應用方向。 相關研究成果發表在《自然通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和沈陽材料科學國家研究中心等的支持。
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