基于横向热电效应（Transverse Thermoelectric，TTE）的薄膜热流传感器是近年来新发展起来的一种新型热流传感器，具有结构简单、响应速度快、线性度好、抗干扰能力强等诸多优点，可广泛应用于航空航天、军工爆炸等领域的热流探测中。该类传感器的热流敏感单元为倾斜生长的取向薄膜，其输出电压灵敏度与薄膜塞贝克系数的各向异性值成正比、和薄膜热导率成反比，而响应时间随薄膜电导率的增加而减小。因此，探索高电导、强塞贝克系数各向异性的热流敏感薄膜材料是研制此类新型传感器的关键。最近，我们发现BiCuTeO外延薄膜的晶体结构与其块体不同，呈现一种新的六方对称相。该六方相薄膜具有高的电导率且其电、热输运具有明显的各向异性，是构筑TTE型薄膜热流传感器的理想材料。基于此，我们在单晶铝酸镧衬底上外延生长了c轴10°倾斜的BiCuTeO薄膜，利用Pb的掺杂和复合效应协同调控了薄膜塞贝克系数各向异性值、电导率和热导率，大幅优化了传感器的灵敏度和响应度。实验结果显示，基于1.1 at% Pb掺杂薄膜制备的热流传感器在稳态热流测试中，电压响应灵敏度高达 34.48 μV/(kW/m²)，是经典YBa2Cu2O7-d薄膜的1.5倍；瞬态脉冲激光加热时，电压响应时间仅为 53 ns；在 300°C 马弗炉中持续测试超过5个小时，传感器输出电压仍保持相对稳定。上述结果表明，BiCuTeO 薄膜在高灵敏、快响应和长时间稳定检测的热流传感器领域具有重要应用前景。相关结果以题为“High-performance heat flux sensors based on the TTE effect of c-axis inclined Pb-doped BiCuTeO films”发表在Applied Physics Letters 127, 221904 (2025)上。闫国英副教授为该论文的第一作者，王淑芳教授为通讯作者。
以上工作得到了国家自然科学基金项目、中央引导地方科技发展资金项目、河北大学创新团队项目的资助和物理学院公共测试中心的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0301722
