基于热管理的大尺寸柔性热流传感器阵列，有望指导流体力学研究
2020-01-23 15:19:35 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询报道，日本大阪府立大学（Osaka Prefecture University，OPU）的研究人员开发出了第一款基于薄膜的大尺寸柔性热流传感器阵列原型，能够通过巧妙的调控热能传递，感测曲面表面的流体分布。
据麦姆斯咨询报道，日本大阪府立大学（Osaka Prefecture University, OPU）的研究人员开发出了第一款基于薄膜的大尺寸柔性热流传感器阵列原型，能够通过巧妙的调控热能传递，感测曲面表面的流体分布。
热能传递的精确调控，推动了很多现代技术的发展。基于热管理的一个有前景的子领域是受皮肤启发的热感测。不过，由于物体表面与其周围环境之间杂乱无序的热传递，使基于柔性薄膜的精确热感测仍然存在挑战，从而使热感知局限于局部可控的空间。尽管在启发于皮肤的物联网（IoT）应用中这种不受限热传递引起的不准确热感测普遍存在，但这类问题仍尚未解决。
贴敷在圆形管上（直径：7.5厘米）的大尺寸热流量传感器阵列（左），相应的热流映射结果（右）
大阪府立大学研究人员在ACS Nano上发表的题为《基于高精度多功能热管理的柔性传感薄片》的最新研究中，实现了在各种表面上的精确热相关传感。这项研究介绍了通过引入低导热介质作为热绝缘层，实现了基于热管理的柔性多功能传感阵列。这种高精度热传感平台主要有两个贡献。
首先，这种大尺寸热流传感器阵列不仅可以动态监测高导热率物体表面的气流分布，而且还可以通过调控的热传导首次在曲面上实现了气流映射。这种基于薄膜的柔性热流量传感器克服了传统块体型MEMS流量传感技术的固有缺陷，后者会干扰气流的原始特性。其次，即使周围条件发生突然变化，这种温度可调节的柔性温度传感器也可以精准地实时感知皮肤的温度变化，实现不受外界环境干扰的可穿戴温度传感器。
采用低导热介质空气腔作为热绝缘层的柔性热流传感器设计。利用这种大尺寸柔性热流传感器中集成的温度传感器阵列，可以通过它们感测的温度差检测曲面表面通过的流体强度和方向。
“在构思与热相关的传感技术时，考量与外部环境之间的热能传递非常重要。物体表面与其周围环境之间杂乱的热传递，使热感知通常被局限在局部可控的空间中。这项研究巧妙地在柔性热敏传感器上引入了低导热介质空气作为绝缘层，可用于多种应用。”该论文第一作者徐凯臣博士说。
该研究负责人Kuniharu Takei教授说：“我们在开发大尺寸柔性热流传感器阵列方面取得了突破，该阵列可在不干扰初始空气流动特性的情况下测量流体分布。该技术对翼面及其它空气动力学引起的流体分布研究具有指导意义。此外，即使周围环境突然变化，这种具有温度调节的温度传感器也可以精确地监控皮肤温度。”
目前，大阪府立大学研究人员正致力于改善这款大尺寸热流传感器阵列的性能，例如，探寻导热更低的介质以形成更薄的热绝缘屏障；更大的有效工作范围；以及多重探测方案，以最小化电气连接。最终，他们计划在不久的将来将该技术商业化。
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