近日,西安电子科技大学周赟磊与苏州大学文震团队联合在Advanced Materials发表题为《Passive Isothermal Flexible Sensor Enabled by Smart Thermal-Regulating Aerogels》的研究论文,该研究采用智能热调节气凝胶构筑具有环境自适应的无源被动等温柔性传感器,实现柔性传感器在动态热环境中的长期监测稳定性,助力高性能柔性电子器件构筑。
柔性传感器大多由聚合物基底组成,对环境波动高度敏感,导致传感输出性能不稳定。现有的传感器热调节策略无法同时满足散热和保温的要求,确保传感器在动态热环境下保持额定工作温度仍然是一项挑战。被动式日间辐射制冷(PDRC)是一种无需任何能量输入的新型制冷方式。其主要通过有效反射太阳辐射(0.3-2.5 μm波段)并通过大气窗口(8-13 μm波段)向寒冷的外太空辐射热量,最终实现物体表面的自发冷却。将 PDRC 与柔性传感器集成,可有效防止传感器在夏日晴天户外过热。然而,PDRC 可能会导致传感器在冬季室外过冷。此外,非辐射热(热传导)对实现热平衡同样重要,使用超低热导率材料不仅在高温时减少从周围环境传递到传感器的热量,并在寒冷气候下最大限度地减少内部热量损失。
1.本工作通过使用分级纤维素气凝胶(HCA)作为顶部敏感层,提出了一种被动等温柔性传感器,使传感器能够通过辐射冷却和隔热来适应动态热环境。
2. 辐射冷却效应可以在夏季冷却传感器的温度,而HCA中的中空微纤维提供超低导热性,以减少冬季的内部热量损失。
3. 所制备的被动等温传感器能够在0-100°C的广泛温度范围内保持额定工作温度,证明其能够抓取冷热物体。
4. 在阳光直射下监测人体运动时,传统传感器的温度上升了12.3°C,而传感器仅上升了0.3°C。
图2 当带有H-TS传感器的手指握住装有冰水或沸水的杯子时,杯子和传感器之间的温差分别高达31.3或34.8°C。尽管有这些极端情况,H-TS的温度波动仍然很小,使其能够稳定运行。
图3. 在30分钟的运动中,皮肤被H-TS和控制传感器覆盖后的炎症状态。H-TS和控制传感器之间的相应温差,两者都暴露在相同的阳光下,突显了H-TS的卓越热调节能力。
原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202415386
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