Вдохновленные характеристиками натуральной кожи, исследователи из Лаборатории органической электроники Университета Линчёпинга разработали датчик, который подойдет для использования с электронной кожей. Он может измерять изменения температуры тела и реагировать как на солнечный свет, так и на теплые прикосновения.
Робототехника, протезы, которые реагируют на прикосновения, и мониторинг здоровья — это три области, в которых ученые во всем мире работают над созданием электронной кожи. Они хотят, чтобы такая кожа была гибкой и обладала определенной чувствительностью. Исследователи из Лаборатории органической электроники в Университете Линчёпинга предприняли шаги к созданию такой системы, объединив несколько физических явлений и материалов. Результатом является датчик, который, подобно коже человека, может воспринимать изменение температуры, возникающее при прикосновении к теплому предмету, а также тепло от солнечного излучения .
«Мы были вдохновлены природой и ее методами восприятия тепла и радиации», — говорит Мина Ширан Чахарсоги, докторант группы органической фотоники и нанооптики в Лаборатории органической электроники.
Вместе с коллегами она разработала датчик, который сочетает в себе пироэлектрические и термоэлектрические эффекты с нанооптическим явлением.
Напряжение возникает в пироэлектрических материалах, когда они нагреваются или охлаждаются. Именно изменение температуры дает сигнал, который является быстрым и сильным, но затухает почти так же быстро.
Напротив, в термоэлектрических материалах напряжение возникает, когда материал имеет одну холодную и одну горячую стороны. Сигнал здесь возникает медленно, и до его измерения должно пройти некоторое время. Жара может возникнуть от теплого прикосновения или от солнца; все, что требуется, это то, что одна сторона холоднее, чем другая.
«Мы хотели насладиться лучшим из обоих миров, поэтому мы объединили пироэлектрический полимер с термоэлектрическим гелем, разработанным в предыдущем проекте Дэна Чжао, Симоне Фабиано и других коллег из Лаборатории органической электроники. Комбинация дает быстрый и сильный сигнал это длится до тех пор, пока присутствует стимул », — говорит Магнус Йонссон, руководитель группы органической фотоники и нанооптики.
Кроме того, оказалось, что два материала взаимодействуют таким образом, что усиливают сигнал.
Новый датчик также использует другой нанооптический объект, известный как плазмоны.
«Плазмоны возникают, когда свет взаимодействует с наночастицами металлов, таких как золото и серебро. Падающий свет заставляет электроны в частицах колебаться в унисон, образуя плазмон. Это явление обеспечивает наноструктурам необычайные оптические свойства, такие как высокое рассеяние и высокое поглощение «, объясняет Магнус Йонссон.
В предыдущей работе он и его коллеги показали, что золотой электрод , который был перфорирован наноотверстиями, эффективно поглощает свет с помощью плазмонов. Поглощенный свет впоследствии преобразуется в тепло. С таким электродом, тонкой золотой пленкой с наноотверстиями на стороне, обращенной к солнцу, датчик также может быстро преобразовывать видимый свет в стабильный сигнал.
В качестве дополнительного бонуса датчик также чувствителен к давлению.
«Сигнал возникает, когда мы нажимаем на датчик пальцем, но не когда мы подвергаем его тому же давлению с помощью куска пластика. Он реагирует на тепло руки», — говорит Магнус Йонссон.
Помимо Мины Ширан Чахарсоги и Магнуса Йонссона, их коллеги Дэн Чжао, Симона Фабиано и профессор Ксавье Криспин из Лаборатории органической электроники также внесли свой вклад в исследование, результаты которого недавно были опубликованы в научном журнале Advanced Functional Materials.
