MoS2作为实时温度检测的柔性传感器

最近发表在《纳米通讯》杂志上的一项研究通过用单层二硫化钼（MoS₂）制造一个柔性传感器来解决实时温度检测灵敏度的问题，能够在几微秒内感知温度变化，比通常使用的薄膜金属探测器快100倍左右。

使用柔性传感器的实时温度检测可以开辟各种新的可能性。由于检测材料的热容量有限和封装问题，使用传感器获得快速、亚毫秒的反应时间是一个重大挑战。

温度随着时间和地点的变化而波动，是反映被测物体及其周围环境状况的最基本的物理变量。温度控制在日常和工业环境中至关重要，近年来，实时温度传感受到越来越多的关注。

（图片来源: Sambulov Yevgeniy/Shutterstock.com）

许多生物医学系统、污染管理和安全关键的机器控制系统需要快速和可靠的热读数。灵活的传感器组件通常需要直接连接到人体组织或弯曲的表面，以便在实时热检测系统中获得一致和准确的数据读数。

因此，在极薄、均匀和灵活的平台上实现下一代温度检测器，对于加强与生物材料的互动和在可降解的包装或电气元件中方便地植入传感器至关重要。

基于二维（2D）材料的柔性温度传感器最近在各种应用中显示出巨大的前景，包括便携式电子产品、机器人系统、医疗服务和假肢。由于许多二维材料的无毒和生物相容性，基于这些材料的柔性传感器可用于植入式电子产品的实时热感应。

二维（2D）纳米材料，如石墨烯和碳纳米管（CNTs），最近已成为具有特殊响应能力的灵活热探测器的有前途的候选者。然而，像二硫化钼（MoS2）这样的二维（2D）半导体，在此类应用中几乎未开发，但是却没有得到太多的关注。

近期研究人员对二硫化钼的研究表明，它作为一种新型传感材料拥有巨大的潜力。二硫化钼具有很好的细胞相容性和很高的热阻系数（TCR），但其实时传感效率和阵列集成能力还有待研究。在这项研究中，研究人员利用最近开发的直接转移技术，从原子级的二硫化钼中制造了一个用于快速和准确的热检测的柔性传感器。

（图片来源: Alwin Daus/NANO Letters）

为了实现这种灵活的传感器，使用化学气相沉积法来创建一致的单层二硫化钼片。在二硫化钼薄膜被运送到柔性平台之前，金触点被沉积，二硫化钼涂层被结构化。然后在表面旋涂5微米厚的可弯曲的聚酰亚胺（PI）基材。这导致了二硫化钼表面具有特别低的表面粗糙度。

研究人员还建造了4x4的二硫化钼温度探测器面板，以说明这种独特的材料在生产实时温度监测的低成本传感器方面的可行性。

研究人员发现，制造出来的传感器的热反应时间为36微秒，比传统使用的薄膜金属传感器快很多个数量级。热分析表明，二硫化钼接触和封装完全限制了柔性传感器的反应时间。在循环过程中运行稳定，在用氧化铝盖住时具有长期热测量能力。

二硫化钼表面与空气和水分的接触，通常需要几分钟的时间来沉淀，这可以归因于加热后未加盖的传感器的电导率持续上升。另一方面，氧化铝封盖足以使二硫化钼表面钝化，并稳定产生的柔性传感器的反应。

总之，快速的温度检测对于大型面板的实时读出至关重要，例如，检测电力电子设备中微秒级的温度突变以避免机械损坏。这项研究可以使用像MoS2这样的原子级半导体来开发实时温度传感器。

参考文献：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. 文章连接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01344

（文章来源: NANO Letters）

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