近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗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、包信和院士團隊開發了柔性、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境刺激的基礎。在傳統觸覺系統中，觸覺傳感器需要與外部環境物理接觸進而獲取溫度信息，無法在接觸前對外部刺激作出預判。因此，發展具有非接觸溫度感知能力的先進觸覺傳感技術，將有助于為機器人交互感知領域帶來全新的體驗。
 

圖片來源大連化學物理研究所
 

　　光熱電探測器是基于光熱、熱電兩個能量轉換過程，可在無需制冷、無需偏置電壓、無接觸的條件下實現對長波紅外輻射(8至14μm)的靈敏探測。本工作中，研究團隊在前期光熱電探測器工作(Adv. Mater.，2022；Adv. Mater.，2019；Nat. Commun.，2019)的基礎上，在具有長波紅外吸收能力的柔性聚酰亞胺(PI)襯底上構建了Te/CuTe熱電異質結，制備出高靈敏度、柔性、可穿戴長波紅外光熱電探測器。Te/CuTe熱電異質結一方面可以提升復合薄膜的熱電功率因子，起到降低器件噪音的作用；另一方面可以通過降低其光學反射損耗，并將其光學反射極小值與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，當目標溫度從零下50°C上升至110°C，所制備的柔性光熱電探測器靈敏度均優于商業剛性熱電堆，溫度分辨能力可達0.05°C。以此為基礎，研究團隊利用該紅外探測器在接近輻射源過程中響應電壓的斜率變化，開發了動態溫度預警系統，使得軟體機械手可對熱源進行預先判定。該工作為在仿生觸覺系統中引入紅外探測技術提供了可行的解決方案，在機器人交互感知、虛擬現實等領域具有重要的應用前景。
 

　　相關研究成果以“Touchless thermosensation enabled by flexible photothermoelectric detector for temperature prewarning function of electronic skin ”為題，發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、遼寧省自然科學基金、我所創新基金等項目的資助。(文/圖 郭曉晗、陸曉偉)