任新宇 张师平 刘 阳 王晓伟 吴 平

(北京科技大学数理学院， 北京 100083)

用ZnO薄膜仿真研究皮肤对不同热特性材料的触觉热响应

任新宇 张师平 刘 阳 王晓伟 吴 平

(北京科技大学数理学院， 北京 100083)

表面传热特性的测量是探究不同材料的传热参数的基础。本文仿照人体对不同导热特性材料的感知原理，用氧化锌薄膜作为温度感受器，将珀尔帖半导体制冷片的热端作为一个近似恒温源，建立了一套传热过程测量装置，用以研究人体触摸室温下物体时的感受过程。使用搭建的实验设备测量了3种不同尺寸的金属和泡沫材料在近似恒温源加热状态的温度-时间变化曲线，并将其与实际经验相对照给出合理解释。同时，根据实际的传热情况，建立了传热过程的微分方程，并对变化曲线进行了理论分析。该工作有望成为材料热导率或其他热力学参数测量一种便捷快速的方法。

温度感知；金属与非金属导热；氧化锌薄膜；传热模型

图1 人体反射弧示意图

当考察较为高等的动物(如人类)时，他们都有一套进化成熟的生物热感知系统(如图1所示)。就像视觉或触觉，该系统能够记录并评估皮肤与外界之间发生的热传递过程，进而对外界物体的性质做一个大致判断，值得强调的是，虽然大脑确实没有能力准确计算传热过程相应的热物性参数，但却可以大致分析温度变化趋势，并将其与日常经验对比，从而对材料种类做出一定判断。更具体地讲，如果面前摆放着铁块和塑料块，我们可以不通过视觉仅凭触摸的方式区别两块物体。……