而柔性傳感器的基底，如常見的聚酰亞胺(PI)，雖然耐熱性較好，但其耐受溫度通常低于敏感材料所需的理想工藝溫度。若強(qiáng)行在柔性基底上直接高溫制備敏感層，會(huì)導(dǎo)致基底變形、老化甚至分解，器件性能與可靠性無從談起。這一“材料工藝溫度”與“基底耐受溫度”之間的根本矛盾，使得研究者往往被迫在“性能”與“柔性/輕薄”之間做出妥協(xié)，制約了高性能超薄柔性傳感器的實(shí)現(xiàn)。
近日，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所研究員孔雯雯團(tuán)隊(duì)在超薄柔性溫度傳感器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)采用“水溶性犧牲層輔助轉(zhuǎn)移”策略，成功解決了高性能敏感材料與柔性基底之間的工藝兼容性難題，制備出總厚度僅為40微米的超薄柔性溫度傳感器。
團(tuán)隊(duì)通過水溶性GeO?犧牲層轉(zhuǎn)移技術(shù)，成功構(gòu)建了基于PI/MnCo?O?/Ta?O?異質(zhì)結(jié)構(gòu)的負(fù)溫度系數(shù)傳感器，實(shí)現(xiàn)了材料性能與工藝可行性之間的平衡。
團(tuán)隊(duì)使用水溶性且耐高溫的二氧化鍺(GeO?) 作為臨時(shí)、可犧牲的“襯底”，依次沉積并優(yōu)化鉭氧化物(Ta?O?)緩沖層、錳鈷氧化物(MnCo?O?)敏感層，形成高質(zhì)量的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這一步確保了傳感材料本身具備優(yōu)異的靈敏度和穩(wěn)定性。敏感薄膜制備完成后，研究人員在其上方旋涂一層超薄的聚酰亞胺(PI)溶液，固化后形成柔性支撐層。此時(shí)，將整個(gè)結(jié)構(gòu)浸入水中，GeO?襯底遇水迅速溶解，而上方的整個(gè)功能薄膜層(PI/MnCo?O?/Ta?O?)則完整地釋放出來，自然地漂浮在水面。
通過這一巧妙的策略，團(tuán)隊(duì)成功制備出了總厚度僅為40微米的超薄柔性溫度傳感器。超薄傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能：其電阻溫度系數(shù)(TCR)高達(dá)-4.1 %/℃，響應(yīng)時(shí)間僅192毫秒(ms)，在反復(fù)彎折與熱沖擊下仍能穩(wěn)定工作。
這項(xiàng)研究不僅為高性能柔性溫度傳感器的制造提供了一種通用、高效的解決方案，更推動(dòng)了柔性電子技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)鍵一步。未來，此類超薄、可靠的傳感器有望廣泛應(yīng)用于智能穿戴、精準(zhǔn)醫(yī)療、人機(jī)交互及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，為我們的生活和產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來全新的感知維度。
相關(guān)研究成果Water-Soluble GeO2-Transferred Ultrathin PI/MnCo2O4/Ta2O5 Heterostructures for High-Sensitivity Flexible Temperature Sensors with Extreme Stability于近日發(fā)表于《ACS應(yīng)用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)。
參考來源：中國科學(xué)報(bào)
