La celulosa empapada en una mezcla de polímeros cuidadosamente diseñada actúa como un sensor para medir la presión, la temperatura y la humedad, al mismo tiempo. Las mediciones son completamente independientes entre sí. El sensor puede ser muy significativo en campos como la robótica, la atención médicay seguridad.
La capacidad de medir la presión, la temperatura y la humedad es importante en muchas aplicaciones, como el monitoreo de pacientes en el hogar, la robótica, la piel electrónica, los textiles funcionales, la vigilancia y la seguridad, por nombrar solo algunos. La investigación hasta ahora se ha centrado en integrar los diferentessensores en el mismo circuito, y esto ha presentado varios desafíos técnicos, entre ellos, la interfaz para el usuario.
Los científicos del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping ahora, bajo el liderazgo del profesor Xavier Crispin, combinaron con éxito las tres mediciones en un solo sensor.
Esto ha sido posible gracias al desarrollo de un aerogel elástico de polímeros que conduce iones y electrones, y la posterior explotación del efecto termoeléctrico. Un material termoeléctrico es aquel en el que los electrones se mueven desde el lado frío del material hacia el calorlado, y de esta manera crear una diferencia de voltaje.
Cuando las nanofibras de celulosa se mezclan con el polímero conductor PEDOT: PSS en agua y la mezcla se liofiliza al vacío, el material resultante tiene la misma estructura que una esponja de lavado, un aerogel. Agregar una sustancia conocida como polisilano causa laesponja para volverse elástica. La aplicación de un potencial eléctrico a través del material produce un aumento de corriente lineal, típico de cualquier resistencia. Pero cuando el material está sujeto a una presión, su resistencia cae y los electrones fluyen más fácilmente a través de él.
Dado que el material es termoeléctrico, también es posible medir los cambios de temperatura: cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre los lados cálido y frío, mayor es el voltaje desarrollado. La humedad afecta la rapidez con que los iones se mueven del lado cálido al fríouno. Si la humedad es cero, no se transportan iones.
"Lo nuevo es que podemos distinguir entre la respuesta termoeléctrica de los electrones que da el gradiente de temperatura y la de los iones que da el nivel de humedad siguiendo la señal eléctrica versus el tiempo. Esto se debe a que las dos respuestas ocurrena diferentes velocidades ", dice Xavier Crispin, profesor en el Laboratorio de Electrónica Orgánica y autor principal del artículo publicado en Ciencia avanzada .
"Esto significa que podemos medir tres parámetros con un material, sin que las diferentes medidas estén acopladas", dice.
Shaobo Han, estudiante de doctorado y profesora principal Simone Fabiano en el Laboratorio de Electrónica Orgánica, también han encontrado una manera de separar las tres señales entre sí, de modo que cada una pueda leerse individualmente.
"Nuestro sensor único también prepara el camino para el internet de las cosas, y trae una menor complejidad y menores costos de producción. Esta es una ventaja no menos importante en la industria de la seguridad. Otra posible aplicación es colocar sensores en paquetes con productos sensibles".dice Simone Fabiano.
Los financiadores de la investigación incluyen la Fundación Knut y Alice Wallenberg el proyecto Tail of the Sun, el Centro de Ciencias de la Madera Wallenberg, el Centro de Celulosa Digital Vinnova y la inversión estratégica del gobierno en materiales funcionales avanzados en la Universidad de Linköping, AFM.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Original escrito por Monica Westman Svenselius. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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