近日，西安電子科技大學杭州研究院汽車電子研究所保宏團隊在國際頂級期刊Advanced Materials（影響因子為27.4）發表題為《Passive Isothermal Flexible Sensor Enabled by Smart Thermal-Regulating Aerogels》的研究論文。研究采用智能熱調節氣凝膠，構筑具有環境自適應的無源被動等溫柔性傳感器，實現柔性傳感器在動態熱環境中的長期監測穩定性。

這是保宏團隊柔性電子方向在不到一年的時間，在AFM和AM兩個國際頂級期刊以研究院為第一單位發表論文。西電杭州研究院博士后鐘申潔、西交利物浦大學博士生魯博涵為論文共同第一作者，西安電子科技大學杭州研究院為第一署名單位，論文的合作單位還包括浙江大學、加州大學洛杉磯分校和蘇州大學。

一般數情況下，柔性傳感器多由聚合物基底組成，這導致柔性傳感器對環境波動高度敏感，容易出現傳感輸出性能不穩定的情況。

針對以上問題，被動式日間輻射制冷（PDRC）被提出，這是一種無需任何能量輸入的新型制冷方式。其主要通過有效反射太陽輻射（0.3-2.5μm波段）并通過大氣窗口（8-13μm波段）向寒冷的外太空輻射熱量，最終實現物體表面的自發冷卻。將PDRC與柔性傳感器集成，可有效防止傳感器在夏日晴天戶外過熱。但是PDRC可能會導致傳感器在冬季室外過冷。

此外，非輻射熱（熱傳導）對實現熱平衡同樣重要，使用超低熱導率材料不僅在高溫時減少從周圍環境傳遞到傳感器的熱量，并在寒冷氣候下最大限度地減少內部熱量損失。

然而，現有的傳感器熱調節策略無法同時滿足散熱和保溫的要求，確保傳感器在動態熱環境下保持額定工作溫度仍然是一項挑戰。

針對上述問題，本研究提出了一種無源被動等溫傳感器，該傳感器集成PDRC和熱絕緣的可調熱管理策略，以適應動態熱環境。

無源被動等溫傳感器的熱調控原理及微結構示意圖

由中空微纖維組裝而成的多層次纖維素氣凝膠(HCA)作為傳感器頂部摩擦電負極材料，在不同熱環境下能夠分別實現加熱和冷卻功能。HCA具有較高的陽光反射率和中紅外發射率，因此是PDRC（輻射熱過程）的理想材料。

同時，HCA具有超低導熱系數（非輻射熱過程）。在夏季太陽輻射強時，PDRC占主導地位，實現輻射冷卻。相反，在冬季環境溫度較低時，HCA的低導熱率（非輻射）可防止熱量散失。

本工作為開發新型環境自適應型柔性傳感器提供了一種新思路，有望實現柔性可穿戴電子設備在動態熱環境中的長期穩定性。

文章來源：西安電子科技大學