För första gången, en mjuk och töjbar organisk termoelektrisk modul har skapats som kan skörda energi från kroppsvärme. Genombrottet möjliggjordes av ett nytt kompositmaterial som kan ha utbredd användning i smarta kläder, bärbar elektronik och elektronisk hud.

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet har utvecklat ett organiskt kompositmaterial med unika egenskaper – inte bara är det mjukt och töjbart, den har också en hög elektrisk ledningsförmåga och goda termoelektriska egenskaper. Detta gör den idealisk för många bärbara applikationer.

Forskarna har publicerat resultatet i Naturkommunikation , tillsammans med kollegor från Belgien, Nya Zeeland och Kalifornien.

Nara Kim, postdoc och forskningsingenjör vid Laboratory of Organic Electronics, har kombinerat tre material:den ledande polymeren PEDOT:PSS, ett vattenlösligt polyuretangummi, och en jonisk vätska. Resultatet är en komposit med unika egenskaper. PEDOT:PSS ger den termoelektriska egenskaper, gummit ger elasticitet, och den joniska vätskan säkerställer mjukhet.

Nara Kim har utfört forskningen under ledning av professor Xavier Crispin och universitetslektor Klas Tybrandt, båda på Laboratory of Organic Electronics.

"Xavier Crispin är en pionjär inom organiska termoelektriska material; Klas Tybrandt är expert på mjuka elektroniska material; och jag bidrar med min kunskap om organiska kompositer. Vi kom på idén till det nya materialet tillsammans, " hon säger.

PEDOT:PSS är den vanligaste ledande polymeren och används i många applikationer, inte minst tack vare dess goda termoelektriska egenskaper. Men tjock polymerfilm är för hård och spröd för att framgångsrikt integreras i bärbar elektronik.

"Vårt material är 100 gånger mjukare och 100 gånger mer töjbart än PEDOT:PSS, säger Klas Tybrandt, som leder gruppen Mjukelektronik vid Laboratory of Organic Electronics.

"Förmågan att kontrollera materialets struktur både på nanoskala och mikroskala gör att vi kan kombinera de olika materialens utmärkta egenskaper i en komposit, " han säger.

Den nya kompositen är också tryckbar.

"Kompositen har formulerats genom vattenbaserad lösningsblandning och den kan tryckas på olika ytor. När ytan böjs eller viks, kompositen följer rörelsen. Och processen att tillverka kompositen är billig och miljövänlig, säger Nara Kim.

Forskarna ser ett stort antal nya möjligheter att använda materialet för att skapa mjuka och elastiska organiska ledande material.

"Det finns många joniska vätskor, ledande polymerer och traditionella elastomerer som kan kombineras för att ge nya nanokompositer för många applikationer, såsom termoelektriska generatorer, superkondensatorer, batterier, sensorer, och i bärbara och implanterbara applikationer som kräver tjocka, elastiska och elektriskt ledande material, säger Xavier Crispin.