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近日，复旦大学黄吉平教授研究团队利用拓展平面结构在实现热传感器研究中取得进展，该团队利用准二维的拓展平面结构，成功实现了可随环境变化而自适应工作的动态热传感器。该项研究为解决传统热传感器的可重构性问题提供了重要思路。相关成果以“A dynamic thermal sensing mechanism with reconfigurable expanded-plane structures”为题发表在《Journal of Applied Physics》上。此文的通讯作者是黄吉平教授、金鹏博士，第一作者是博士生谭浩瀚同学，第二作者是硕士生才昊旸同学。

温度的精确测量在生物学、医学、工业自动化、能源管理以及日常生活等诸多领域都至关重要。然而，在大多数情况下，具有固定热导率的传感器不可避免地会与被测介质的热导率参数不匹配，从而导致温度场的失真和检测不准确。尽管近年来在解决参数不匹配问题方面取得了一些进展，但现有的所有解决方案都局限于固定的工作介质，而更通用的传感器应该能够在多种场景中运行。在此，黄吉平教授研究团队报道了一种动态可重构的热传感器，能够在多样化的工作环境中实现高精度测量。值得注意的是，得益于扩展平面结构高度可调的热导率，该传感器在具有广泛热导率范围的背景介质中都能有效运行。这一进展显着提升了热传感器的鲁棒性和适应性，为多物理场景下的传感应用奠定了坚实基础。

本文提出了动态单一扩展平面双层热传感器的设计方法，并通过模拟和实验评估其性能。结果显示，通过调整扩展平面的高度，拓展平面热传感器可以在多种环境中运行，从而展示了可重构性与可靠性。此外，采用多扩展平面结构时也获得了类似的结果。进一步，团队在实验上成功通过改变基本圆环单元数目巧妙实现了动态热传感器的自适应能力。

图1：单拓展平面动态热传感器多参数模拟结果

图2：多拓展平面动态热传感器多参数模拟结果

图3：单拓展平面动态热传感器实验结果

团队介绍

黄吉平，复旦大学物理学系教授、博士生导师；国家杰出青年科学基金获得者。2003年获得香港中文大学物理系博士学位，其后在德国马普学会高分子研究所做博士后、洪堡学者。2005年9月-2007年2月，复旦大学物理系研究员；2007年3月起，复旦大学物理系教授；2012年12月起，复旦大学物理系“谢希德青年特聘教授”；2018年1月起，复旦大学特聘教授；2024年1月起，复旦大学物理系“谢希德特聘教授”。2006年2月起，复旦大学物理系博士生导师。2007年1月-2009年3月、2020年7月起，复旦大学物理系副主任。2009年6月-12月，美国哈佛大学物理系访问学者。2012年获得国家基金委优秀青年基金、入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”；2017年获得国家杰出青年科学基金。黄吉平教授研究团队已在国际学术期刊发表论文300余篇，其中包括Reviews of Modern Physics、Nature Reviews Physics、PNAS、Nature Computational Science、Nature Materials、Nature Physics、Nature Communications、Physics Reports、Physical Review Letters、Advanced Materials等等。