近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室熱電材料與器件研究組(525組)姜鵬研究員、陸曉偉副研究員、包信和院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了柔性、可穿戴長(zhǎng)波紅外光熱電探測(cè)器，并將其用于電子皮膚非接觸溫度感知。
 

　　仿生觸覺(jué)是智能機(jī)器人感知外部環(huán)境刺激的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)觸覺(jué)系統(tǒng)中，觸覺(jué)傳感器需要與外部環(huán)境物理接觸進(jìn)而獲取溫度信息，無(wú)法在接觸前對(duì)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(jué)傳感技術(shù)，將有助于為機(jī)器人交互感知領(lǐng)域帶來(lái)全新的體驗(yàn)。
 

圖片來(lái)源大連化學(xué)物理研究所
 

　　光熱電探測(cè)器是基于光熱、熱電兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，可在無(wú)需制冷、無(wú)需偏置電壓、無(wú)接觸的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波紅外輻射(8至14μm)的靈敏探測(cè)。本工作中，研究團(tuán)隊(duì)在前期光熱電探測(cè)器工作(Adv. Mater.，2022；Adv. Mater.，2019；Nat. Commun.，2019)的基礎(chǔ)上，在具有長(zhǎng)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(zhǎng)波紅外光熱電探測(cè)器。Te/CuTe熱電異質(zhì)結(jié)一方面可以提升復(fù)合薄膜的熱電功率因子，起到降低器件噪音的作用；另一方面可以通過(guò)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(duì)齊，增強(qiáng)光熱電耦合，提升器件靈敏度。
 

　　在非接觸式溫度感知測(cè)試中，當(dāng)目標(biāo)溫度從零下50°C上升至110°C，所制備的柔性光熱電探測(cè)器靈敏度均優(yōu)于商業(yè)剛性熱電堆，溫度分辨能力可達(dá)0.05°C。以此為基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)利用該紅外探測(cè)器在接近輻射源過(guò)程中響應(yīng)電壓的斜率變化，開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)溫度預(yù)警系統(tǒng)，使得軟體機(jī)械手可對(duì)熱源進(jìn)行預(yù)先判定。該工作為在仿生觸覺(jué)系統(tǒng)中引入紅外探測(cè)技術(shù)提供了可行的解決方案，在機(jī)器人交互感知、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域具有重要的應(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。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、遼寧省自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 郭曉晗、陸曉偉)