博士生韓少波配有可同時(shí)測(cè)量壓力，溫度和濕度的傳感器。圖片來源：Thor Balkhed

浸泡在精心設(shè)計(jì)的聚合物混合物中的纖維素可以充當(dāng)傳感器，以同時(shí)測(cè)量壓力，溫度和濕度。測(cè)量結(jié)果彼此完全獨(dú)立。在許多應(yīng)用中，測(cè)量壓力，溫度和濕度的能力很重要，例如在家中監(jiān)視患者，機(jī)器人，電子皮膚，功能性紡織品，監(jiān)視和安全等。

迄今為止的研究已經(jīng)將不同的傳感器集成到同一電路中，這帶來了若干技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是在用戶界面方面。

在林雪平大學(xué)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室中的科學(xué)家們?cè)赬avier Crispin教授的領(lǐng)導(dǎo)下已成功地將所有三個(gè)測(cè)量結(jié)果整合到一個(gè)傳感器中。

通過開發(fā)一種既能傳導(dǎo)離子又能傳導(dǎo)電子的聚合物彈性氣凝膠，以及隨后利用熱電效應(yīng)，這已成為可能。甲熱電材料是其中電子從朝向暖側(cè)的材料的冷側(cè)移動(dòng)，產(chǎn)生的電壓差。

當(dāng)將纖維素的納米纖維與導(dǎo)電聚合物PEDOT：PSS在水中混合，并將混合物在真空中冷凍干燥時(shí)，所得材料具有氣凝膠的海綿狀結(jié)構(gòu)。添加稱為聚硅烷的物質(zhì)會(huì)使海綿變得有彈性。在材料上施加電勢(shì)會(huì)產(chǎn)生線性電流增加，這是任何電阻器所特有的。但是，當(dāng)材料受到壓力時(shí)，其電阻會(huì)降低，電子會(huì)更容易流過該材料。

由于材料是熱電材料，因此也可以測(cè)量溫度變化。冷熱端之間的溫差越大，電壓越高。在濕度的影響有多快離子從溫暖的一側(cè)移動(dòng)到冷端。如果濕度為零，則不會(huì)傳輸任何離子。

“新變化是，我們可以通過跟蹤電信號(hào)隨時(shí)間的變化來區(qū)分電子的熱電響應(yīng)（給定溫度梯度）和離子的熱電響應(yīng)（給定濕度梯度）。這是因?yàn)閮煞N響應(yīng)發(fā)生在不同的時(shí)間”，有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室教授Xavier Crispin說，該論文的主要作者發(fā)表在Advanced Science上。

他說：“這意味著我們可以用一種材料測(cè)量三個(gè)參數(shù)，而無需將不同的測(cè)量耦合在一起�！�

博士生韓少波和有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室高級(jí)講師西蒙娜·法比亞諾（Simone Fabiano）也找到了一種分離三種信號(hào)的方法，以便可以分別讀取每個(gè)信號(hào)。

Simone Fabiano說：“我們獨(dú)特的傳感器還為物聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路，并帶來了更低的復(fù)雜性和更低的生產(chǎn)成本。這是安全行業(yè)的優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)可能的應(yīng)用是將傳感器放入帶有敏感物品的包裝中�！�