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斯坦福大学:基于单层二硫化钼快速响应的柔性温度传感器

更新时间:2023-03-06 18:55:25 作者:米乐m6备用网址 来源:m6手机网页版登录

  实现对温度快速准确的测量在生物医学应用、可穿戴设备、电子皮肤和机器人等领域具有重要意义。然而,即使单个传感器在使用中也很难实现快速、亚毫秒级的响应时间。最近,新兴的二维半导体二硫化钼(MoS2),因具有优异的生物相容性和高电阻温度系数,在构建高性能温度传感器方面显示出巨大潜力。

  通过化学气相沉积在SiO2/Si上生长连续的单层MoS2薄片,随后将薄膜转移到柔性聚酰亚胺(PI)基板,并用~35 nm厚的Al2O3封装器件。单层MoS2具有良好的结晶度,晶粒尺寸为数十微米。

  通过比较了Al2O3封装传感器前后响应可以看出在温度已经稳定时,未封盖的传感器的电导一直在增加(图2a),而封盖Al2O3的传感器稳定较快(图2b)。未封盖器件的电导持续增加归因于MoS2表面与空气及水分的相互作用通常需要几分钟才能完成。相比之下,用Al2O3封装传感器可以钝化MoS2表面并获得稳定的传感器响应。

  通过在Al2O3钝化层顶部制造薄金属微加热器来进一步研究柔性MoS2温度传感器的响应时间,图3a-c为温度传感器顶部的金属微加热器示意图。传感器在加热时响应和恢复时间分别为36 μs和29 μs。由于传感器的响应时间受到PI基板、Al2O3钝化层和各种材料界面热阻的限制。通过模拟得到MoS2传感器应该能够在几微秒内对温度变化做出反应(图3g)。大多数传感器的响应时间在0.1到10秒之间。薄膜金属传感器显示出最快的响应时间,低至几毫秒,但其通常具有较低的TCR。与最快的金属温度传感器相比,柔性单层MoS2传感器具有∼1.5%/K较高的TC和比其快至少100倍的响应时间。

  来源:微信公众号“微纳传感与柔性电子”,微纳传感与柔性电子为非营利性学术公众平台,聚焦分享微纳化学量、物理量和生物量传感器与柔性电子器件领域的最新研究成果。同时,公众号免费为各课题组提供相关领域最新研究成果的宣传业务。编者学识有限,如有错误,恳请批评指正!

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