ایجاد سنسور حرارتی فوق العاده حساس توسط یک مخلوط پلیمری جدید

توضیح تصویر: دان ژائو پژوهشگر همراه با سنسور بسیار حساس قابل چاپ.
اعتبار: پیتر هولگرسون
 

دانشمندان در آزمایشگاه الکترونیک ارگانیک یک سنسور حرارتی فوق حساس ایجاد کرده اند که انعطاف پذیر، شفاف و قابل چاپ است. نتایج، دارای پتانسیل برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی است - از بهبود زخم و پوست الکترونیکی گرفته تا ساختمان های هوشمند.

 

سنسور حرارتی فوق حساس براساس این واقعیت است که مواد خاصی ترموالکتریک هستند. الکترون ها در یک ماده ترموالکتریک زمانی که اختلاف دما بین دو طرف بوجود می آید از طرف سرد به سمت گرم حرکت می کنند، و اختلاف ولتاژ به وجود می آید. با این حال، در این پروژه، محققان مواد ترموالکتریکی را تولید کرده اند که به جای الکترونها از یون ها استفاده می کنند و اثر آن صد برابر بزرگتر است.
 
یک ماده ترموالکتریک که از الکترون ها استفاده می کند می تواند 100 μV / K (میکروولت در هر کلوین) را توسعه دهد که قرار است با 10 میلی ولت از ماده جدید مقایسه شود. بنابراین سیگنال 100 برابر قوی تر است و یک تفاوت کوچک دما یک سیگنال قوی را نشان می دهد.
 
نتایج تحقیقات انجام شده توسط دانشمندان آزمایشگاه الکترونیک ارگانیک در دانشگاه لینچوپینگ، دانشگاه صنعتی چالمرز، دانشگاه رسانه‌ی اشتوتگارت و دانشگاه کنتاکی در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
 
دن ژائو، پژوهشگر دانشگاه Linköping و یکی از سه نویسنده اصلی مقاله، ماده جدیدی را اختراع کرده است که الکترولیتی است که از ژل چندین پلیمر یونی تشکیل شده است. برخی از اجزای آن، پلیمرهای نوع p هستند که در آن یونهای بار مثبت جریان را هدایت می کنند. چنین پلیمرهایی از کار قبلی به خوبی شناخته شده اند. با این حال، او همچنین یک ژل پلیمری از نوع  n  با  رسانایی بالا را پیدا کرده است که در آن یونهای با بار منفی جریان را هدایت می کنند. تاکنون از چنین موادی خیلی کم در دسترس بوده است.
 
با کمک نتایج قبلی از کار با الکترولیت برای الکترونیک چاپی، محققان در حال حاضر اولین ماژول ترموالکتریک چاپ شده در جهان را برای استفاده از یون ها به عنوان حامل های شارژر توسعه داده اند. این ماژول متشکل از پاهای لینک شده‌ی p و  n است، در حالی که تعداد اتصالات پا تعیین می کند که یک سیگنال با چه قدرتی تولید می شود. دانشمندان از چاپ صفحه نمایش برای تولید یک سنسور حرارتی خیلی حساس، بر اساس پلیمرهای مختلف و مکمل استفاده کرده اند. سنسور گرما توانایی تبدیل یک تفاوت دما را به یک سیگنال قوی دارد: یک ماژول با 36 پایه متصل، 0.333 ولت برای یک اختلاف درجه‌ یک کلوینی فراهم می کند.
 
دن ژائو می گوید: "ماده شفاف، نرم و انعطاف پذیر است و می تواند در یک محصول بسیار حساس که می تواند چاپ و در نتیجه در سطوح بزرگ استفاده شود مورد استفاده قرار گیرد. برنامه های کاربردی با استفاده از آن در درمان زخم یافت می شود، جایی که از یک باند که پیشرفت روند درمان را نشان می دهد استفاده می شود، و نیز برای پوست الکترونیکی. "  محققان مواد ترموالکتریکی را تولید کرده اند که به جای الکترونها از یون ها استفاده می کنند و اثر آن صد برابر بزرگتر است. کاربرد دیگری ممکن است استفاده از آن در تبادل گرما در ساختمان های هوشمند باشد.
 

یک سنسور میکروفایبر نرم، انعطاف پذیر و قابل کشش برای نظارت و تشخیص بلادرنگ مراقبت های بهداشتی توسعه یافته است. این سنسور جدید بسیار حساس و فوق العاده نازک، به ضخامت یک رشته موی انسان است. ساخت آن همچنین ساده و مقرون به صرفه برای تولید انبوه است.

     
توضیح تصویر: حسگر مایکروفایبر جدیدی که از NUS توسعه یافته است، و مانند یک نخ رسانا عمل می کند، بسیار حساس و بسیار نازک است و قطر یک رشته موی انسان را دارد. این اختراع برای دوام و قابلیت شستشو طراحی شده است و در زمینه‌ی در حال ظهورِ الکترونیک پوشیدنی کاربردی امیدوار کننده دارد.
اعتبار: دانشگاه ملی سنگاپور
 
تکنولوژی پوشیدنی و انعطاف پذیر در سال های اخیر علاقه مندان قابل ملاحظه ای به دست آورده است، و این منجر به پیشرفت فوق العاده ای در سنسورهای نرم و پوشیدنی شده است. در کنار این روند، دستگاه های میکرو سیال استفاده کننده از فلزهای مایع رسانا به طور فزاینده ای به عنوان سنسورهای فشار و تنش قابل پوشش به کار گرفته شدند. با این حال، دستگاه های فعلی دارای محدودیت های مختلفی هستند - به عنوان مثال، ممکن است آنها به خوبی بر روی پوست فیت نشوند و یا پوشیدن آنها راحت نباشد.
 
اما وجود سنسور مایکرو فایبر جدید به سختی بر روی پوست احساس می شود و به شدت با انحناهای پوستی همنوایی دارد. با وجود اینکه نرم و کوچک است، سنسور بسیار حساس است و همچنین دارای هدایت الکتریکی عالی و قابلیت تغییر شکل مکانیکی است.
 

سنسور هوشمند مایکرو فایبر که توسط تیم مهندسی NUS ساخته شده است، شامل یک آلیاژ فلزی مایع است که به عنوان یک عنصر حسگر در داخل یک میکرو لوله سیلیکونی نرم خدمت می کند. این سنسور یک شکل موج پالسی منفرد را به صورت بلادرنگ اندازه گیری می کند که از این اطلاعات برای تعیین ضربان قلب، فشار خون و سفتی در رگ های خونی استفاده می شود. محققان در حال حاضر اولین ماژول ترموالکتریک چاپ شده در جهان را برای استفاده از یون ها به عنوان حامل های شارژر توسعه داده اند. در حال حاضر پزشکان علائم حیاتی مانند ضربان قلب و فشار خون را هنگامی که بیماران به کلینیک مراجعه می کنند، دیده بانی می کنند .این نیاز به تجهیزات متعددی دارد که ضربان قلب و فشار خون را اندازه گیری می کنند که حجیمند و ممکن است بازخورد بلادرنگی را نیز فراهم نکنند. چون سنسور جدید شبیه یک نخ رسانا عمل می کند می تواند به راحتی در یک دستکش بافته شود و توسط پزشکان برای ردیابی بلادرنگ علائم حیاتی بیماران مورد استفاده قرار گیرد. این روش باعث راحتی و صرفه جویی در وقت برای کارکنان مراقبت های بهداشتی و نیز بیماران می شود.
 
منبع: سایت Science Daily