Nuevo material a base de celulosa que ofrece tres sensores en uno

Un sensor multiparámetro de Presión-Temperatura-Humedad basado en Aerogeles de Celulosa Electrónicos-Iónicos Mezclados.

28.03.2019

Thor Balkhed

Esta es la estudiante de doctorado Shaobo Han con el sensor que puede medir la presión, la temperatura y la humedad - al mismo tiempo.

La celulosa empapada en una mezcla de polímeros cuidadosamente diseñada actúa como un sensor para medir la presión, la temperatura y la humedad - ¡al mismo tiempo! Las mediciones son completamente independientes entre sí. El sensor puede ser muy importante en campos como la robótica, la asistencia sanitaria y la seguridad.

La capacidad de medir la presión, la temperatura y la humedad es importante en muchas aplicaciones, como la monitorización de pacientes en casa, la robótica, la piel electrónica, los textiles funcionales, la vigilancia y la seguridad, por nombrar sólo algunas. Hasta ahora, la investigación se ha centrado en la integración de los diferentes sensores en el mismo circuito, lo que ha planteado varios retos técnicos, sobre todo en lo que se refiere a la interfaz para el usuario.

Los científicos del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping, bajo la dirección del profesor Xavier Crispin, han combinado con éxito las tres mediciones en un solo sensor.

Esto ha sido posible gracias al desarrollo de un aerogel elástico de polímeros que conduce tanto iones como electrones, y la posterior explotación del efecto termoeléctrico. Un material termoeléctrico es aquel en el que los electrones se mueven desde el lado frío del material hacia el lado caliente, y de esta manera crean una diferencia de voltaje.

Cuando las nanofibras de celulosa se mezclan con el polímero conductor PEDOT:PSS en agua y la mezcla se liofiliza al vacío, el material resultante tiene la misma estructura que una esponja de lavado, un aerogel. La adición de una sustancia conocida como polisilano hace que la esponja se vuelva elástica. Aplicando un potencial eléctrico a través del material se obtiene un aumento de corriente lineal, típico de cualquier resistencia. Pero cuando el material está sujeto a una presión, su resistencia disminuye y los electrones fluyen más fácilmente a través de él.

Dado que el material es termoeléctrico, también es posible medir los cambios de temperatura: cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre el lado caliente y el frío, mayor es el voltaje desarrollado. La humedad afecta la rapidez con la que los iones pasan del lado caliente al frío. Si la humedad es cero, no se transportan iones.

"Lo que es nuevo es que podemos distinguir entre la respuesta termoeléctrica de los electrones (que da el gradiente de temperatura) y la de los iones (que da el nivel de humedad) siguiendo la señal eléctrica en función del tiempo. Eso se debe a que las dos respuestas ocurren a velocidades diferentes", dice Xavier Crispin, profesor del Laboratorio de Electrónica Orgánica y autor principal del artículo publicado en Advanced Science.

"Esto significa que podemos medir tres parámetros con un mismo material, sin que las diferentes mediciones estén acopladas", dice.

Shaobo Han, estudiante de doctorado y profesor principal Simone Fabiano en el Laboratorio de Electrónica Orgánica, también ha encontrado una manera de separar las tres señales entre sí, de manera que cada una pueda ser leída individualmente.

"Nuestro sensor único también prepara el camino para la Internet de las cosas, y trae menor complejidad y menores costos de producción. Esto es una ventaja también en la industria de la seguridad. Otra aplicación posible es la colocación de sensores en embalajes con productos sensibles", dice Simone Fabiano.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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