近年来，微型化、柔性化、智能化等多功能集成电子器件在人工智能、生物医疗、集成电路等领域取得了显著的发展。其中，能够同时感知触觉和温度的柔性应力/应变-温度传感器，因其在电子皮肤、柔性传感器等发展中的关键作用而受到广泛关注。传统的应力/应变-温度传感器的设计策略主要是将两种具有应力/应变和温度传感功能（热电/热释电和压电/压阻效应等）的材料集成构建成叠层结构的传感器件。然而，此类器件通常以“一对一”模式运行，结构设计和数据采集复杂，且需要外部电源驱动，其长期稳定监测的可靠性不佳。此外，大多数关于应变传感的研究往往忽视了应变率传感（施加应变的速率）的重要作用，这是动态场景中的关键因素。即使在相同的应变大小下，由于应变和应变率相互耦合，应变率的变化也会显著影响材料的应变响应特性。传统传感器无法通过单一材料和简单结构来实现对多参数变量的实时监测，既实现材料的多功能化传感具有很大挑战。

近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心邰凯平研究员带领团队研制出一种基于碲纳米线（Te-NWs）热电-压电耦合效应的柔性、单通道、应变/应变率-温度多模态传感器。研究人员通过材料调控和结构设计克服了以往传统热电材料中热电和压电信号无法在同一方向获得的难题，在倾斜生长的特殊网状Te-NWs结构中，实现了压电信号和热电信号在面外方向的同时感知和输出。传感器具有优异的性能，应变传感灵敏度为0.454 V、应变率传感灵敏度为0.0154 V s、温度传感灵敏度达 225.1 μV K^-1，优于已报道的同类多模态传感器。同时，结合第一性原理计算，证明了Te原子电荷的变化引起的压电效应，以及外部电场（如热电势等）对于压电信号的调制作用机制。该工作为基于多物理场耦合效应构建柔性、单通道、多模态传感器提供了新思路，也为耦合“纳米发电机”开辟了新的应用方向。

相关研究结果以“Simultaneous strain, strain rate and temperature sensing based on a single active layer of Te nanowires”为题，于2025年11月28日发表在《Nature Communications》期刊上。金属所博士研究生曾豪为论文第一作者，邰凯平研究员、于治副研究员为论文共同通讯作者，该工作也获得了山东大学和季华实验室合作团队的大力支持。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省重点研发计划和沈阳材料科学国家研究中心专项基金的资助。

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图1. 柔性单通道应变/应变率-温度多模态传感器件设计和显微结构特征

图2. 柔性单通道应变/应变率-温度多模态传感机制

图3. 应变/应变率-温度多模态传感器件性能测试曲线

图4. 柔性单通道应变/应变率-温度多模态传感器件应用演示验证

AI读进展：一张“电子皮肤”的奇妙进化

想象一下，你希望给机器人或假肢造一层像人类皮肤一样灵敏的“电子皮肤”。这层皮肤需要能同时感知三种东西：

1. 压力/形变（触觉）：比如被捏了多用力。
2. 形变速度（动态触觉）：比如是被快速拍打还是缓慢按压。
3. 温度（温觉）：比如接触的是冰块还是温水。

过去的“笨办法”

以前的科学家是怎么做的呢？他们有点像做“三明治”。他们把一种能感知压力的材料、另一种能感知温度的材料，一层一层地叠在一起。这样做出来的“皮肤”有几个大问题：

• 结构复杂：层数多，又厚又硬，不灵活。
• 信号打架：不同层的信号可能会互相干扰，需要复杂的电路来分辨。
• 需要外接电源：像手机需要充电一样，不够方便。
• 不够智能：很难分辨出按压的速度，而这在抓取鸡蛋这类精细动作中至关重要。

中国科学家的“聪明解法”

最近，中国科学院金属研究所科研团队取得了一项突破。他们不再做“三明治”，而是像用“一团神奇的毛线”织出了一张超灵敏的“电子皮肤”。

核心创新点：

1. 一种材料，三种本领
• 他们使用的“神奇毛线”是碲纳米线。这种材料本身同时具备两种超能力：
• 热电效应：当材料两端有温差时，会产生电压。这用来感知温度。
• 压电效应：当材料被挤压或弯曲时，也会产生电压。这用来感知压力和形变速度。
• 以前，这两种效应产生的信号方向是冲突的，无法同时利用。但研究人员通过巧妙的“倾斜网状”结构设计，成功让这两种信号在同一个方向上“和谐共处”，都能被测量到。
2. 单通道，多任务
• 你可以把这个传感器想象成一个只有一个出口的水龙头，但流出的水有三种不同的颜色。
• 研究人员们通过一套聪明的算法，可以实时分析这个“出口”的总信号，并瞬间分离出哪部分代表“压力”，哪部分代表“速度”，哪部分代表“温度”。这就大大简化了结构和数据处理。
3. 自供能
• 这个传感器在工作时不需要外接电池。它感知外界刺激（压力、温度）时自身产生的微弱电压，就是它的信号来源。这使其非常适合长期、稳定的监测。

这项技术有什么用？

这项研究有可能为未来科技打开了许多激动人心的大门：

• 更智能的机器人：让机器人能像人一样，在抓取鸡蛋时不仅能感知力度，还能感知滑动速度，从而及时调整，避免捏碎或滑落。
• 更逼真的假肢：让截肢者通过假肢同时感受到物体的软硬、纹理和温度，获得更真实的触觉体验。
• 先进的健康监测：可以做成贴附在皮肤上的柔性贴片，长期、实时地监测关节活动（应变）、肌肉震颤（应变率）和体温变化，用于疾病诊断和康复训练。
• 下一代人机交互：使手机、VR手套等设备的触控体验更加丰富和立体。

总结一下：

简单来说，中国科学家就像一位高明的“材料魔术师”，他们用一种特殊的“碲纳米线”，通过巧妙的结构设计，造出了一种简单、柔软、能干多重活儿还不用充电的超级传感器。这不仅是传感器领域的一大步，也为我们未来迈向更智能、更人性化的科技世界铺平了道路。

希望这个解释能帮助您理解这项有趣的研究！

 声明：“AI读进展”内容由人工智能技术自动生成，其内容旨在辅助读者初步了解相关领域研究动态，不代表中国科学院金属研究所正式学术观点或完整研究成果，不作为学术论证依据。