Cellulosa indränkt i en noggrant designad polymerblandning fungerar som en sensor för att mäta tryck, temperatur och luftfuktighet samtidigt. Mätningarna är helt oberoende av varandra. Förmågan att mäta tryck, temperatur och luftfuktighet är viktigt i många applikationer, som att övervaka patienter hemma, robotik, elektronisk hud, funktionella textilier, övervakning och säkerhet, för att nämna några stycken.

Forskning hittills har integrerat olika sensorer i samma krets, som har gett flera tekniska utmaningar, inte minst angående användargränssnittet.

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet under ledning av professor Xavier Crispin har framgångsrikt kombinerat alla tre mätningarna till en enda sensor.

Detta har möjliggjorts genom utvecklingen av en elastisk aerogel av polymerer som leder både joner och elektroner, och efterföljande utnyttjande av den termoelektriska effekten. Ett termoelektriskt material är ett där elektroner rör sig från den kalla sidan av materialet mot den varma sidan, skapar en spänningsskillnad.

När nanofibrer av cellulosa blandas med den ledande polymeren PEDOT:PSS i vatten och blandningen frystorkas i vakuum, det resulterande materialet har en svampliknande struktur som en aerogel. Tillsats av ett ämne som kallas polysilan gör att svampen blir elastisk. Att applicera en elektrisk potential över materialet ger en linjär strömökning, typiskt för alla motstånd. Men när materialet utsätts för tryck, dess motstånd faller och elektroner flödar lättare genom den.

Eftersom materialet är termoelektriskt, det är också möjligt att mäta temperaturförändringar. Ju större temperaturskillnad mellan de varma och kalla sidorna, ju högre spänning. Fuktigheten påverkar hur snabbt jonerna rör sig från den varma sidan till den kalla sidan. Om luftfuktigheten är noll, inga joner transporteras.

"Det som är nytt är att vi kan skilja mellan elektronernas termoelektriska svar (som ger temperaturgradienten) och jonerna (som ger fuktnivån) genom att följa den elektriska signalen mot tiden. Det beror på att de två svaren sker vid olika hastigheter, "säger Xavier Crispin, professor i laboratoriet för organisk elektronik och huvudförfattare till artikeln publicerad i Avancerad vetenskap .

"Det betyder att vi kan mäta tre parametrar med ett material, utan att de olika måtten är kopplade, " han säger.

Shaobo Han, doktorand, och universitetslektor Simone Fabiano vid Laboratory of Organic Electronics, har också hittat ett sätt att separera de tre signalerna så att var och en kan läsas individuellt.

"Vår unika sensor förbereder också vägen för sakernas internet, och ger lägre komplexitet och lägre produktionskostnader. Detta är en fördel inom säkerhetsbranschen. En ytterligare möjlig tillämpning är att placera sensorer i förpackningar med känsliga varor, säger Simone Fabiano.