Ny polymerblanding skaber en ultrafølsom varmesensor

Forskere ved Laboratory of Organic Electronics har udviklet en ultrafølsom varmesensor, der er fleksibel, gennemsigtig og printbar. Resultaterne har potentiale til en bred vifte af anvendelser – fra sårheling og elektronisk hud til smarte bygninger.

Den ultrafølsomme varmesensor er baseret på, at visse materialer er termoelektriske. Elektronerne i et termoelektrisk materiale bevæger sig fra den kolde side til den varme side, når der opstår en temperaturforskel mellem de to sider, og der opstår en spændingsforskel. I dette nuværende projekt, imidlertid, forskerne har udviklet et termoelektrisk materiale, der bruger ioner som ladningsbærere i stedet for elektroner, og effekten er hundrede gange større.

Et termoelektrisk materiale, der bruger elektroner, kan udvikle 100 µV/K (mikrovolt pr. Kelvin), hvilket skal sammenlignes med 10 mV/K fra det nye materiale. Signalet er således 100 gange stærkere, og en lille temperaturforskel giver et stærkt signal.

Resultaterne fra undersøgelsen, udført af forskere ved Laboratoriet for Organisk Elektronik ved Linköpings Universitet, Chalmers Tekniske Universitet, Stuttgart Media University og University of Kentucky, er udgivet i Naturkommunikation .

Dan Zhao, forskningsstipendiat ved Linköpings Universitet og en af ​​tre hovedforfattere til artiklen, har opdaget det nye materiale, en elektrolyt, der består af en gel af flere ioniske polymerer. Nogle af komponenterne er polymerer af p-typen, hvor positivt ladede ioner fører strømmen. Sådanne polymerer er velkendte fra tidligere arbejde. Imidlertid, hun har også fundet en meget ledende polymergel af n-typen, hvor negativt ladede ioner fører strømmen. Meget få sådanne materialer har været tilgængelige indtil nu.

Ved hjælp af tidligere resultater fra arbejde med elektrolytter til trykt elektronik, forskerne har nu udviklet det første trykte termoelektriske modul i verden til at bruge ioner som ladningsbærere. Modulet består af forbundne n- og p-ben, hvor antallet af benforbindelser bestemmer, hvor stærkt et signal produceres. Forskerne har brugt serigrafi til at fremstille en meget følsom varmesensor, baseret på de forskellige og komplementære polymerer. Varmesensoren har evnen til at konvertere en lille temperaturforskel til et stærkt signal:et modul med 36 forbundne ben giver 0,333 V for en temperaturforskel på 1 K.

"Materialet er gennemsigtigt, blød og fleksibel og kan bruges i et meget følsomt produkt, der kan printes og på denne måde bruges på store flader. Anvendelser findes inden for sårheling, hvor der anvendes en bandage, der viser helingsprocessens fremskridt, og til elektronisk hud, " siger Dan Zhao.

En anden mulig anvendelse er temperaturudveksling i smarte bygninger.