近日，西安电子科技大学杭州研究院汽车电子研究所保宏团队在国际顶级期刊Advanced Materials（影响因子为27.4）发表题为《Passive Isothermal Flexible Sensor Enabled by Smart Thermal-Regulating Aerogels》的研究论文。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。
这是保宏团队柔性电子方向在不到一年的时间，在AFM和AM两个国际顶级期刊以研究院为第一单位发表论文。西电杭州研究院博士后钟申洁、西交利物浦大学博士生鲁博涵为论文共同第一作者，西安电子科技大学杭州研究院为第一署名单位，论文的合作单位还包括浙江大学、加州大学洛杉矶分校和苏州大学。
一般数情况下，柔性传感器多由聚合物基底组成，这导致柔性传感器对环境波动高度敏感，容易出现传感输出性能不稳定的情况。
针对以上问题，被动式日间辐射制冷（PDRC）被提出，这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（0.3-2.5μm波段）并通过大气窗口（8-13μm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。但是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。
然而，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。
针对上述问题，本研究提出了一种无源被动等温传感器，该传感器集成PDRC和热绝缘的可调热管理策略，以适应动态热环境。
无源被动等温传感器的热调控原理及微结构示意图
由中空微纤维组装而成的多层次纤维素气凝胶(HCA)作为传感器顶部摩擦电负极材料，在不同热环境下能够分别实现加热和冷却功能。HCA具有较高的阳光反射率和中红外发射率，因此是PDRC（辐射热过程）的理想材料。
同时，HCA具有超低导热系数（非辐射热过程）。在夏季太阳辐射强时，PDRC占主导地位，实现辐射冷却。相反，在冬季环境温度较低时，HCA的低导热率（非辐射）可防止热量散失。
本工作为开发新型环境自适应型柔性传感器提供了一种新思路，有望实现柔性可穿戴电子设备在动态热环境中的长期稳定性。
文章来源：西安电子科技大学
