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- 新型纖維素基材料將三個傳感器合二為一
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/11/18
博士生韓少波配有可同時測量壓力，溫度和濕度的傳感器。圖片來源：Thor Balkhed
浸泡在精心設(shè)計的聚合物混合物中的纖維素可以充當(dāng)傳感器，以同時測量壓力，溫度和濕度。測量結(jié)果彼此完全獨立。在許多應(yīng)用中，測量壓力，溫度和濕度的能力很重要，例如在家中監(jiān)視患者，機器人，電子皮膚，功能性紡織品，監(jiān)視和安全等。
迄今為止的研究已經(jīng)將不同的傳感器集成到同一電路中，這帶來了若干技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是在用戶界面方面。
在林雪平大學(xué)有機電子實驗室中的科學(xué)家們在Xavier Crispin教授的領(lǐng)導(dǎo)下已成功地將所有三個測量結(jié)果整合到一個傳感器中。
通過開發(fā)一種既能傳導(dǎo)離子又能傳導(dǎo)電子的聚合物彈性氣凝膠，以及隨后利用熱電效應(yīng)，這已成為可能。甲熱電材料是其中電子從朝向暖側(cè)的材料的冷側(cè)移動，產(chǎn)生的電壓差。
當(dāng)將纖維素的納米纖維與導(dǎo)電聚合物PEDOT：PSS在水中混合，并將混合物在真空中冷凍干燥時，所得材料具有氣凝膠的海綿狀結(jié)構(gòu)。添加稱為聚硅烷的物質(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，這是任何電阻器所特有的。但是，當(dāng)材料受到壓力時，其電阻會降低，電子會更容易流過該材料。
由于材料是熱電材料，因此也可以測量溫度變化。冷熱端之間的溫差越大，電壓越高。在濕度的影響有多快離子從溫暖的一側(cè)移動到冷端。如果濕度為零，則不會傳輸任何離子。
“新變化是，我們可以通過跟蹤電信號隨時間的變化來區(qū)分電子的熱電響應(yīng)（給定溫度梯度）和離子的熱電響應(yīng)（給定濕度梯度）。這是因為兩種響應(yīng)發(fā)生在不同的時間”，有機電子實驗室教授Xavier Crispin說，該論文的主要作者發(fā)表在Advanced Science上。
他說：“這意味著我們可以用一種材料測量三個參數(shù)，而無需將不同的測量耦合在一起。”
博士生韓少波和有機電子實驗室高級講師西蒙娜·法比亞諾（Simone Fabiano）也找到了一種分離三種信號的方法，以便可以分別讀取每個信號。
Simone Fabiano說：“我們獨特的傳感器還為物聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路，并帶來了更低的復(fù)雜性和更低的生產(chǎn)成本。這是安全行業(yè)的優(yōu)勢。另一個可能的應(yīng)用是將傳感器放入帶有敏感物品的包裝中�！�
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