新型纤维素基材料将三个传感器合二为一

博士生韩少波配有可同时测量压力，温度和湿度的传感器。图片来源：Thor Balkhed

浸泡在精心设计的聚合物混合物中的纤维素可以充当传感器，以同时测量压力，温度和湿度。测量结果彼此完全独立。在许多应用中，测量压力，温度和湿度的能力很重要，例如在家中监视患者，机器人，电子皮肤，功能性纺织品，监视和安全等。

迄今为止的研究已经将不同的传感器集成到同一电路中，这带来了若干技术挑战，特别是在用户界面方面。

在林雪平大学有机电子实验室中的科学家们在Xavier Crispin教授的领导下已成功地将所有三个测量结果整合到一个传感器中。

通过开发一种既能传导离子又能传导电子的聚合物弹性气凝胶，以及随后利用热电效应，这已成为可能。甲热电材料是其中电子从朝向暖侧的材料的冷侧移动，产生的电压差。

当将纤维素的纳米纤维与导电聚合物PEDOT：PSS在水中混合，并将混合物在真空中冷冻干燥时，所得材料具有气凝胶的海绵状结构。添加称为聚硅烷的物质会使海绵变得有弹性。在材料上施加电势会产生线性电流增加，这是任何电阻器所特有的。但是，当材料受到压力时，其电阻会降低，电子会更容易流过该材料。

由于材料是热电材料，因此也可以测量温度变化。冷热端之间的温差越大，电压越高。在湿度的影响有多快离子从温暖的一侧移动到冷端。如果湿度为零，则不会传输任何离子。

“新变化是，我们可以通过跟踪电信号随时间的变化来区分电子的热电响应（给定温度梯度）和离子的热电响应（给定湿度梯度）。这是因为两种响应发生在不同的时间”，有机电子实验室教授Xavier Crispin说，该论文的主要作者发表在Advanced Science上。

他说：“这意味着我们可以用一种材料测量三个参数，而无需将不同的测量耦合在一起。”

博士生韩少波和有机电子实验室高级讲师西蒙娜·法比亚诺（Simone Fabiano）也找到了一种分离三种信号的方法，以便可以分别读取每个信号。

Simone Fabiano说：“我们独特的传感器还为物联网铺平了道路，并带来了更低的复杂性和更低的生产成本。这是安全行业的优势。另一个可能的应用是将传感器放入带有敏感物品的包装中。”

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