《Advanced Functional Materials》：通过印刷和光子固化实现高灵敏度柔性热电偶传感器阵列（IF=19.059）

背景：

尽管取得了显着的进步，但基于高性能热电(TE)材料的热电偶(TC)缺乏机械鲁棒性和灵活性。因此，传统的低塞贝克系数金属（镍、铜、铁）线结型TC用于温度传感器应用。然而，金属基TC传感器不仅灵敏度低，而且用传统方法制造像素化传感器非常困难。在本研究中，采用基于(SbBi)₂(TeSe)₃的高性能印刷柔性TE材料来制造两种类型的25像素形状一致的基于TC的温度传感器阵列（TSA I 和 TSA II）。Bi_0.5Sb_1.5Te₃基p型(p-BST)印刷TE薄膜和铜用于制造TSA I，p型薄膜与Bi₂Te_2.7Se_0.3基n型(n-BT)一起制造薄膜用于制造TSA II。TSA I的平均灵敏(Sexp)值约124μV°C₋₁，TSA II的平均灵敏度(Sexp)值约为319μV°C₋₁，并且具有高线性度。 

文献介绍：

迄今为止，热电研究主要针对能量收集、废热回收和冷却应用。由于具有以下优点，TE技术也广泛应用于温度传感器应用：无电阻相关误差、快速响应、点温度传感和宽温度范围操作。长期以来，受TE效应控制的金属基TC一直被用作温度传感器。然而，由于制造工艺的限制，人们在增强其灵敏度或修改其功能方面所做的努力较少。当TC的另一个结被加热时，一端会产生电压。产生的电压(Vout)与结温成正比。TC传感器的灵敏度(S)取决于每单位温差(ΔT)产生的电压，即两种结材料之间的塞贝克系数(α)差异(α1−α2)； 

然而，传统TC的S较低，因为经典金属的α较低。尽管开发了具有高α的块状TE材料，但由于制造坚固的长连接线存在困难，它们无法用于TC传感器应用。最近，由于印刷热电材料具有前景广阔、具有成本效益的形状通用TE器件制造工艺，人们越来越关注印刷热电材料。因此，印刷热电学的进步开辟了制造基于印刷TC的低成本温度传感器的新方法。因此，最近一些高导金属和金属间合金被印刷来制造TC并用作温度传感器。然而，由于印刷材料的低α（<50μV°C−1），灵敏度不够。高性能印刷TE材料（例如Sb/Bi-Te基合金）由于其较高的温度而提供了增强温度传感器灵敏度的途径。制造基于Sb/Bi-Te的长圆柱形导线接头（热电偶）的困难可以通过针对此类材料实施印刷技术来克服。此外，可以使用印刷工艺制造具有多个探测点的温度阵列传感器。然而，在具有合适电导率的长Sb/Bi-Te基印刷薄膜中实现良好的柔韧性和坚固性是一项重大挑战。在我们最近的工作中，我们通过超快速光子固化工艺成功开发了一对基于碲化物的高性能柔性n型和p型印刷TE薄膜。这一进步使我们能够制造低成本高性能印刷TE薄膜，这些薄膜可用于基于印刷TC的温度传感器。 

在这项工作中，我们展示了一对用于传感器应用的高性能Sb/Bi-Te基n型和p型长柔性印刷TE薄膜的制造。首先，我们合成了包含p-Bi0.5Sb1.5Te3(p-BST)/n-Bi2Te2.7Se0.3(n-BT)TE颗粒和Cu-Se基无机粘合剂的可印刷油墨。然后，使用两种不同的布局对准备好的油墨进行丝网印刷，一种用于n型腿，另一种用于p型腿。因此，我们制造了包含25个像素的5×5温度传感器阵列(TSA)。然后将温度传感器阵列干燥，然后使用毫秒光子固化工艺进行烧结以形成TC结。研究发现，与现有基于热电偶的传感器相比，温度传感器阵列的性能优越，灵敏度高出两倍以上。此外，还克服了与传统基于热电偶的传感器相关的缺点，例如低灵敏度、低稳定性和低工作温度范围。通过将传感器阵列集成在锂离子电池的表面来展示其功能。

引用：

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