Сверхчувствительный датчик тепла основан на том факте, что некоторые материалы являются термоэлектрическими. Электроны в термоэлектрическом материале перемещаются с холодной стороны на теплую, когда возникает разница температур между двумя сторонами и возникает разница напряжений. Однако в этом нынешнем проекте исследователи разработали термоэлектрический материал, который использует ионы в качестве носителей заряда вместо электронов, и эффект в сотни раз больше.
Термоэлектрический материал, использующий электроны, может развивать 100 ?В / К (микровольт на Кельвин), которое следует сравнить с 10 мВ / К для нового материала.
Таким образом, сигнал в 100 раз сильнее, а небольшая разница температур дает сильный сигнал.
Результаты исследования, проведенного учеными Лаборатории органической электроники Университета Линчепинга, Технологического университета Чалмерса, Штутгартского университета СМИ и Университета Кентукки, были опубликованы в журнале Nature Communications.
Дэн Чжао, научный сотрудник Университета Линчепинга и один из трех основных авторов статьи, открыл новый материал – электролит, который состоит из геля из нескольких ионных полимеров. Некоторые из компонентов представляют собой полимеры p-типа, в которых положительно заряженные ионы переносят ток. Такие полимеры хорошо известны из предыдущих работ. Однако она также нашла полимерный гель n-типа с высокой проводимостью, в котором отрицательно заряженные ионы переносят ток.
До сих пор было доступно очень мало таких материалов.
Опираясь на предыдущие результаты работы с электролитами для печатной электроники, исследователи разработали первый в мире термоэлектрический модуль, использующий ионы в качестве носителей заряда. Модуль состоит из связанных n- и p-ветвей, где количество подключений ветвей определяет, насколько сильный сигнал создается.
Ученые использовали трафаретную печать для изготовления высокочувствительного теплового датчика на основе различных дополнительных полимеров. Тепловой датчик способен преобразовывать небольшую разницу температур в сильный сигнал: модуль с 36 подключенными ножками дает 0.333 В для перепада температур 1 К.
«Материал прозрачный, мягкий и гибкий, и его можно использовать в высокочувствительных продуктах, на которые можно наносить печать и таким образом использовать на больших поверхностях.
Применения находят в заживлении ран, где используется повязка, показывающая прогресс процесса заживления, и в электронной коже », – говорит Дэн Чжао.
Другое возможное применение – теплообмен в умных зданиях.
Помимо Дэна Чжао, у статьи в Nature Communications есть еще два основных автора: Симоне Фабиано, руководитель исследований в области органической наноэлектроники, и Ксавье Криспин, профессор органической электроники, все трое работают в лаборатории органической электроники в кампусе Норрчёпинг.