在精心設計的聚合物混合物中浸泡纖維素可以作為傳感器，同時測量壓力、溫度和濕度，測量值是完全相互獨立的。測量壓力、溫度和濕度的能力在許多應用中都很重要，比如在家監(jiān)測病人、機器人、電子皮膚、功能性紡織品、監(jiān)視和安全等等。

到目前為止的研究已經(jīng)將不同傳感器集成到同一個電路中，這帶來了一些技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是在用戶界面方面。林雪平大學有機電子學實驗室的科學家們在澤維爾·克里斯平教授領(lǐng)導下，成功地將這三種測量結(jié)果組合成一個傳感器。

博科園-科學科普：這是由于開發(fā)了一種可同時導電離子和電子聚合物彈性氣凝膠，以及隨后對熱電效應的利用而實現(xiàn)。熱電材料是一種電子從材料的冷側(cè)向熱側(cè)移動，產(chǎn)生電壓差的材料。當纖維素納米纖維與導電聚合物PEDOT (PSS)在水中混合，并在真空中進行凍干，得到的材料具有氣凝膠海綿狀結(jié)構(gòu)。加入一種叫做聚硅烷的物質(zhì)會使海綿變得有彈性。在材料上施加電勢會產(chǎn)生線性電流增加，這是任何電阻的典型特征。但是當材料受到壓力時，電阻下降，電子更容易通過。

由于這種材料是熱電材料，因此也可以測量溫度變化。冷暖側(cè)溫差越大，電壓越高。濕度影響著離子從溫暖一邊向寒冷一邊移動的速度。如果濕度為零，則沒有離子被輸送。有機電子實驗室教授、發(fā)表在《先進科學》(Advanced Science)期刊上主要作者澤維爾?克里斯平(Xavier Crispin)表示：新的發(fā)現(xiàn)是，可以通過跟蹤電信號隨時間的變化來區(qū)分電子的熱電反應(給出溫度梯度)和離子的熱電反應(給出濕度水平)。這是因為這兩種反應發(fā)生速度不同。

這意味著可以用一種材料測量三個參數(shù)，而不需要將不同的測量值耦合起來。有機電子實驗室的博士生、高級講師西蒙娜·法比亞諾(Simone Fabiano)也找到了一種方法，可以將這三種信號分離開來，使每一種信號都可以單獨讀取。獨特的傳感器也為物聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路，降低了復雜性和生產(chǎn)成本。這是安全行業(yè)的一個優(yōu)勢，另一個可能的應用是將傳感器放入裝有敏感物品的包裹中。

博科園-科學科普｜研究/來自:?林雪平大學

參考期刊文獻:《Advanced Science》

DOI: 10.1002/advs.201802128

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