基于MEMS技术的柔性高密度热电堆热流传感器及其性能评估

《IEEE Sensors Journal》：Flexible High-Density Thermopile Heat Flux Sensors Based on MEMS Technology and Their Performance Evaluation

　　**摘要：**柔性热流传感器（HFSs）由于其对弯曲和不规则界面的出色贴合性，在热管理和复杂表面的原位监测中发挥着重要作用。然而，传统的柔性HFS通常采用丝网印刷、喷墨印刷等类似工艺制造，受限于图案化分辨率低和对准精度不足，难以在小面积柔性基底上集成高密度热电偶阵列。为克服这一局限性，本文提出了一种使柔性基底与MEMS工艺兼容的制造方法，并在面积为0.36和4 cm2的柔性基底上分别成功实现了包含600和1300对热电偶的热堆HFS。结果表明，两种传感器的灵敏度分别达到103.22和228.29 μV/(kW/m2)。此外，当弯曲半径在3至10 cm范围内变化时，电阻变化率保持在3.5%以下，响应时间为3.483 ms。本工作为复杂表面的原位热流测量提供了一种新方案，在电子热管理和航空航天工程中展现出强大的应用潜力。**I. 引言**随着电子设备、航空航天系统和高精密仪器技术的不断 advancement，热管理的重要性日益凸显。在热计量领域，目前的研究更倾向于关注温度变化测量，而非热流特征表征[1]-[7]。然而，温度仅能反映物体的热状态，而热流则直接描述了热交换过程中热传递的强度和方向。在许多涉及加热或冷却过程的实际场景中，仅凭温度测量不足以捕捉热传递的动态特性[8]。因此，精确的热流测量对于热分析和热管理至关重要。