BOB·体育综合APP下载表示物质冷热程度的温度是控制各种物理、化学和生物过程的基本物理量，它不仅对科学研究很重要，而且对我们从医疗保健到气候的日常生活也很重要改变。温度计是一种测量温度的仪器，其工作原理是检测各种物理量的变化——例如，气体或液体的体积、金属或半导体导线或薄膜的电阻、半导体二极管两端的电压——对温度变化的响应。尽管不断发展，但提高温度计的灵敏度、空间分辨率和可扩展性仍然是一个巨大的挑战。解决具有高时空分辨率的三维 (3D) 温度场对于探索各种微观系统中的热力学（例如，局部热产生和消散）的需求特别大。
来自香港大学的学者报告了一种三维 (3D) 打印的微型热电设备，该设备可以在微尺度上实现直接的四维（3D 空间 + 时间）测温。该设备由独立的热电偶探针网络组成，通过双金属 3D 打印制造，具有µm级的出色空间分辨率。结果表明，开发的 4D 测温法可以探索感兴趣的微型对象（如微电极或水弯月面）的焦耳加热或蒸发冷却动力学。3D 打印的使用进一步开辟了自由实现各种片上、独立式微传感器或微电子设备的可能性，而不受制造工艺的设计限制。相关文章以“Additive Manufacturing of Thermoelectric Microdevices for Four-Dimensional Thermometry”标题发表在Advanced Materials。
图 2.半月板引导的 3D 打印和印刷 Pt-Ag TC 的表征。a-e) 打印过程的示意图和实时光学显微照片（比例尺：20 µm）：(a) 填充 PtNPink 的玻璃移液管（直径：~3 µm）首先接近基板附近以形成弯月面并在快速蒸发的情况下沿垂直方向引导弯月面，从而形成独立的微丝；(b) Pt 微丝是通过垂直拉移管打印的 (打印速度: 2 µm/s). (c) AgNP 墨水填充的微量移液器 (直径: 2 ~ 3 µm) 具有垂直拉伸过程作为 Pt 线打印过程; (d) Ag 线被引导到印刷 Pt 微结构的顶点以形成双金属结. (e) Ag 线生长按本研究的意愿水平终止，从而产生 Pt-Ag TC 结。f) 退火前（蓝线）和退火后（红线）单个 Pt-Ag TC 探针的电流-电压特性
图 3. 单个 TC 探测器的响应。a) 用于表征本研究的 3D 打印 Pt-Ag TC 响应的脉冲激光加热实验的示意图。b) 由具有方波的单个激光脉冲（功率：110 mW，频率：10 Hz）产生的 TC 的热电电压-时间轨迹。c-f) 当频率从 (c) 10 Hz、(d) 100 Hz、(e) 增加时，由50（蓝色）、80（绿色）和 100 mW（红色）的不同激光照射功率产生的热电电压-时间轨迹1000 赫兹，至 (f) 1500 赫兹。
图 4. 微尺度焦耳热的 3D 测温法。a) 带有悬浮在空气中的焦耳加热铜线D TC 网络示意图。b) 3D TC 网络和加热铜线排列的光学显微照片。c) 向微丝施加 2.20 W 的电力时的 3D 温度图。d-g) 当 Cu 线 W 增加时，焦耳热在微尺度上的 3D 温度图。h-k) 相应的计算3D 温度图当功率从 (h) 0、(i) 0.55、(j) 1.24 增加到 (k) 2.20 W 时的微焦耳加热。l) 沿 z 方向的一维温度分布 (0, 0, z µm )，在 0.55（蓝色）、1.24（绿色）和 2.20 W（红色）的不同焦耳热功率情况下。m) 在 (0, 0, 20 µm) 处的温度与焦耳热功率的关系。
图 6. 蒸气空间的微量测温。a-b) 在 (a) 80% RH 和(b) 20% RH 的高和低相对湿度下，将 2.20 W 的电力施加到 Cu 微丝时的 3D 温度图。c) 相对湿度在 80% 和 20% 时实验数据和模拟数据的温度比较。d) 单个 TC 探针在充水微量移液器附近蒸发冷却的温度扫描示意图。e-f) 当基板在 75 ℃ 下加热时，通过扫描单个 TC 探头测量的蒸发冷却。(e) 实验和 (f) 计算的 3D 温度图。
本研究相信4D 微测温仪为探索物理、化学、医疗保健、环境监测等领域的微观热力学铺平了道路。实际利用可能需要进一步的技术改进：（1）为了提高体素分辨率，增加 TC 连接点的数量是必要的。(2) 拓宽温度测量范围，应充分考虑微型精密实验装置对温度变化的稳定性。(3) 还需要对打印 TC 的可靠性和寿命进行定量研究。构建异质结 3D 网络的能力可以扩展到各种电子设备，例如 p-n 结或肖特基二极管、存储单元或场效应晶体管 (FET) 设备等。因此，本研究揭示了 3D 打印技术在实现多维微型设备方面的全部潜力，不仅在方法论上而且在各种电子应用中都具有前所未有的功能。（文：SSC）
