Forskare vid Laboratory of Organic Electronics har utvecklat en ultrakänslig värmesensor som är flexibel, transparent och tryckbar. Resultaten har potential för ett brett spektrum av tillämpningar – från sårläkning och elektronisk hud till smarta byggnader.

Den ultrakänsliga värmesensorn bygger på att vissa material är termoelektriska. Elektronerna i ett termoelektriskt material rör sig från den kalla sidan till den varma sidan när en temperaturskillnad uppstår mellan de två sidorna, och en spänningsskillnad uppstår. I detta nuvarande projekt, dock, forskarna har utvecklat ett termoelektriskt material som använder joner som laddningsbärare istället för elektroner, och effekten är hundra gånger större.

Ett termoelektriskt material som använder elektroner kan utveckla 100 µV/K (mikrovolt per Kelvin), vilket ska jämföras med 10 mV/K från det nya materialet. Signalen är alltså 100 gånger starkare, och en liten temperaturskillnad ger en stark signal.

Resultaten från forskningen, utförd av forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet, Chalmers tekniska högskola, Stuttgart Media University och University of Kentucky, har publicerats i Naturkommunikation .

Dan Zhao, forskarassistent vid Linköpings universitet och en av tre huvudförfattare till artikeln, har upptäckt det nya materialet, en elektrolyt som består av en gel av flera joniska polymerer. Några av komponenterna är polymerer av p-typ, där positivt laddade joner bär strömmen. Sådana polymerer är välkända från tidigare arbete. Dock, hon har också hittat en mycket ledande polymergel av n-typ, där negativt laddade joner bär strömmen. Mycket få sådant material har funnits tillgängligt hittills.

Med hjälp av tidigare resultat från arbete med elektrolyter för tryckt elektronik, forskarna har nu utvecklat den första tryckta termoelektriska modulen i världen för att använda joner som laddningsbärare. Modulen består av länkade n- och p-ben, där antalet benanslutningar avgör hur stark en signal produceras. Forskarna har använt screentryck för att tillverka en mycket känslig värmesensor, baserat på de olika och komplementära polymererna. Värmesensorn har förmågan att omvandla en liten temperaturskillnad till en stark signal:en modul med 36 anslutna ben ger 0,333 V för en temperaturskillnad på 1 K.

"Materialet är transparent, mjuk och smidig och kan användas i en mycket känslig produkt som kan tryckas och på så sätt användas på stora ytor. Tillämpningar finns inom sårläkning, där ett bandage som visar framstegen i läkningsprocessen används, och för elektronisk hud, säger Dan Zhao.

En annan möjlig tillämpning är temperaturväxling i smarta byggnader.