Новый материал на основе целлюлозы дает три датчика в одном

Новый материал на основе целлюлозы дает три датчика в одном

Способность измерять давление, температуру и влажность важна во многих приложениях, таких как наблюдение за пациентами дома, робототехника, электронная кожа, функциональный текстиль, наблюдение и безопасность, и это лишь некоторые из них. Исследования до сих пор были нацелены на интеграцию различных датчиков в одну и ту же схему, и это поставило несколько технических проблем, не в последнюю очередь касающихся интерфейса для пользователя.

Ученые из Лаборатории органической электроники Университета Линчёпинга теперь под руководством профессора Ксавье Криспина успешно соединили все три измерения в одном датчике.

Это стало возможным благодаря разработке эластичного аэрогеля из полимеров, который проводит как ионы, так и электроны, и последующей эксплуатации термоэлектрического эффекта. Термоэлектрический материал - это материал, в котором электроны движутся от холодной стороны материала к теплой стороне и, таким образом, создают разность напряжений.

Когда нановолокна целлюлозы смешивают с проводящим полимером PEDOT: PSS в воде и смесь лиофилизируют в вакууме, полученный материал имеет такую же структуру, как губка для мытья, аэрогель. Добавление вещества, известного как полисилан, делает губку эластичной. Применение электрического потенциала к материалу дает линейное увеличение тока, типичное для любого резистора. Но когда материал подвергается давлению, его сопротивление падает, и электроны легче протекают через него.

Поскольку материал является термоэлектрическим, также можно измерять изменения температуры: чем больше разница температур между теплой и холодной сторонами, тем выше развивается напряжение. Влажность влияет на то, как быстро ионы перемещаются с теплой стороны на холодную. Если влажность равна нулю, ионы не транспортируются.

«Новым является то, что мы можем различать термоэлектрический отклик электронов (давая градиент температуры) и отклик ионов (определяющий уровень влажности), следуя электрическому сигналу в зависимости от времени. Это происходит потому, что два отклика происходят при разных скорости », - говорит Ксавье Криспин, профессор Лаборатории органической электроники и главный автор статьи, опубликованной в Advanced Science .

«Это означает, что мы можем измерить три параметра одним материалом, не связывая разные измерения», - говорит он.

Шаобо Хан, докторант и старший преподаватель Симоне Фабиано из Лаборатории органической электроники, также нашли способ отделить три сигнала друг от друга, так что каждый из них может быть просто прочитан индивидуально.

«Наш уникальный датчик также готовит почву для Интернета вещей и снижает сложность и снижает производственные затраты. Это преимущество не в последнюю очередь в индустрии безопасности. Еще одно возможное применение - размещение датчиков в упаковках с чувствительными товарами», - говорит Симоне. Фабиано.

Финансисты исследования включают Фонд Кнута и Алисы Валленберг (проект «Хвост Солнца»), Научный центр древесины Валленберга, Центр цифровой целлюлозы Винновой и стратегические инвестиции правительства в передовые функциональные материалы в Университете Линчёпинга, АСМ.



Источник: sciencedaily.com

09:26
621
Нет комментариев. Ваш будет первым!