MoS2作為即時溫度檢測的柔性感測器

最近發表在《納米通訊》雜誌上的一項研究通過用單層二硫化鉬（MoS₂）製造一個柔性感測器來解決即時溫度檢測靈敏度的問題，能夠在幾微秒內感知溫度變化，比通常使用的薄膜金屬探測器快100倍左右。

使用柔性感測器的即時溫度檢測可以開闢各種新的可能性。由於檢測材料的熱容量有限和封裝問題，使用感測器獲得快速、亞毫秒的反應時間是一個重大挑戰。

溫度隨著時間和地點的變化而波動，是反映被測物體及其周圍環境狀況的最基本的物理變數。溫度控制在日常和工業環境中至關重要，近年來，即時溫度傳感受到越來越多的關注。

（圖片來源: Sambulov Yevgeniy/Shutterstock.com）

許多生物醫學系統、污染管理和安全關鍵的機器控制系統需要快速和可靠的熱讀數。靈活的感測器元件通常需要直接連接到人體組織或彎曲的表面，以便在即時熱檢測系統中獲得一致和準確的資料讀數。

因此，在極薄、均勻和靈活的平臺上實現下一代溫度檢測器，對於加強與生物材料的互動和在可降解的包裝或電氣元件中方便地植入感測器至關重要。

基於二維（2D）材料的柔性溫度感測器最近在各種應用中顯示出巨大的前景，包括可擕式電子產品、機器人系統、醫療服務和假肢。由於許多二維材料的無毒和生物相容性，基於這些材料的柔性感測器可用於植入式電子產品的即時熱感應。

二維（2D）納米材料，如石墨烯和碳納米管（CNTs），最近已成為具有特殊回應能力的靈活熱探測器的有前途的候選者。然而，像二硫化鉬（MoS2）這樣的二維（2D）半導體，在此類應用中幾乎未開發，但是卻沒有得到太多的關注。

近期研究人員對二硫化鉬的研究表明，它作為一種新型傳感材料擁有巨大的潛力。二硫化鉬具有很好的細胞相容性和很高的熱阻係數（TCR），但其實時傳感效率和陣列集成能力還有待研究。在這項研究中，研究人員利用最近開發的直接轉移技術，從原子級的二硫化鉬中製造了一個用於快速和準確的熱檢測的柔性感測器。

（圖片來源: Alwin Daus/NANO Letters）

為了實現這種靈活的感測器，使用化學氣相沉積法來創建一致的單層二硫化鉬片。在二硫化鉬薄膜被運送到柔性平臺之前，金觸點被沉積，二硫化鉬塗層被結構化。然後在表面旋塗5微米厚的可彎曲的聚醯亞胺（PI）基材。這導致了二硫化鉬表面具有特別低的表面粗糙度。

研究人員還建造了4x4的二硫化鉬溫度探測器面板，以說明這種獨特的材料在生產即時溫度監測的低成本感測器方面的可行性。

研究人員發現，製造出來的感測器的熱反應時間為36微秒，比傳統使用的薄膜金屬感測器快很多個數量級。熱分析表明，二硫化鉬接觸和封裝完全限制了柔性感測器的反應時間。在迴圈過程中運行穩定，在用氧化鋁蓋住時具有長期熱測量能力。

二硫化鉬表面與空氣和水分的接觸，通常需要幾分鐘的時間來沉澱，這可以歸因於加熱後未加蓋的感測器的電導率持續上升。另一方面，氧化鋁封蓋足以使二硫化鉬表面鈍化，並穩定產生的柔性感測器的反應。

總之，快速的溫度檢測對於大型面板的即時讀出至關重要，例如，檢測電力電子設備中微秒級的溫度突變以避免機械損壞。這項研究可以使用像MoS2這樣的原子級半導體來開發即時溫度感測器。

參考文獻：Daus, A., Jaikissoon, M., Khan, A. I., Kumar, A., Grady, R. W., Saraswat, K. C., 和Pop, E. (2022). Fast-Response Flexible Temperature Sensors with Atomically Thin Molybdenum Disulfide. Nano Letters. 文章連接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01344

（文章來源: NANO Letters）

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