Способность измерять давление, температуру и влажность нужна во многих отраслях – робототехнике, здравоохранении, безопасности. Ученые из лаборатории органической электроники Линчепингского университета (Швеция) под руководством профессора Ксавье Криспина объединили все три измерения в одном сенсоре.
В качестве сенсора выступает целлюлоза, пропитанная в смеси полимеров, позволяющая одновременно измерять давление, температуру и влажность. Измерения производятся независимо друг от друга. Нанофибры целлюлозы смешиваются в воде с проводящим элементом PEDOT:PSS. После этого смесь замораживается/высушивается в вакууме. Полученный материал обладает такой же структурой, как и аэрогель.
Применение электрического потенциала сквозь материал дает линейное повышение тока, типичное для любого резистора. Но когда материал подвергается давлению, его сопротивление падает и электроны протекают через него легче. Так как материал термоэлектрический, становится возможным измерить изменения температуры: чем больше температурная разница между теплой и холодной сторонами, тем выше развивается напряжение. Влажность влияет на то, как быстро ионы движутся от теплой стороны к холодной. Если влажность нулевая, то ионы не доставляются.
«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 скоростях», – говорит Ксавье Криспин, профессор Лаборатории органической электроники и главный автор статьи, опубликованной в AdvancedScience. Шаобо Хан, аспирант докторантуры, и старший лектор Симоне Фабиано в лаборатории органической электроники также нашли способ разделить три сигнала друг от друга, так что каждый можно прочитать индивидуально. Таким образом, ученые могут измерять три параметра одним материалом, не связывая разные измерения.
Комментарии