Geïnspireerd door het gedrag van de natuurlijke huid, onderzoekers van het Laboratorium voor Organische Elektronica, Linköping Universiteit, hebben een sensor ontwikkeld die geschikt is voor gebruik met elektronische huid. Het kan veranderingen in lichaamstemperatuur meten, en reageren op zowel zonlicht als warme aanraking.

Robotica, prothesen die reageren op aanraking, en gezondheidsmonitoring zijn drie gebieden waarop wetenschappers wereldwijd werken aan de ontwikkeling van elektronische huid. Ze willen dat een dergelijke huid flexibel is en een vorm van gevoeligheid bezit. Onderzoekers van het Laboratorium voor Organische Elektronica van de Universiteit van Linköping hebben nu stappen gezet in de richting van een dergelijk systeem door verschillende fysische verschijnselen en materialen te combineren. Het resultaat is een sensor die, vergelijkbaar met de menselijke huid, kan temperatuurvariatie waarnemen die voortkomt uit de aanraking van een warm object, evenals de warmte van zonnestraling.

"We zijn geïnspireerd door de natuur en haar methoden om warmte en straling waar te nemen", zegt Mina Shiran Chaharsoughi, promovendus in de groep Organische Fotonica en Nano-optica aan het Laboratorium voor Organische Elektronica.

Samen met collega's ontwikkelde ze een sensor die pyro-elektrische en thermo-elektrische effecten combineert met een nano-optisch fenomeen.

In pyro-elektrische materialen ontstaat een spanning wanneer ze worden verwarmd of gekoeld. Het is de verandering in temperatuur die een signaal geeft, die snel en sterk is, maar dat vergaat bijna net zo snel.

In thermo-elektrische materialen, in tegenstelling tot, er ontstaat een spanning wanneer het materiaal een koude en een hete kant heeft. Het signaal ontstaat hier langzaam, en er moet enige tijd verstrijken voordat het kan worden gemeten. De warmte kan ontstaan ​​door een warme aanraking of door de zon; het enige dat nodig is, is dat de ene kant kouder is dan de andere.

"We wilden genieten van het beste van twee werelden, dus combineerden we een pyro-elektrisch polymeer met een thermo-elektrische gel ontwikkeld in een eerder project van Dan Zhao, Simone Fabiano en andere collega's van het Laboratorium voor Organische Elektronica. De combinatie geeft een snel en sterk signaal dat aanhoudt zolang de prikkel aanwezig is", zegt Magnus Jonsson, leider van de groep Organic Photonics and Nano-optics.

Verder, het bleek dat de twee materialen een interactie aangaan op een manier die het signaal versterkt.

De nieuwe sensor maakt ook gebruik van een andere nano-optische entiteit die bekend staat als plasmonen.

"Plasmonen ontstaan ​​​​wanneer licht interageert met nanodeeltjes van metalen zoals goud en zilver. Het invallende licht zorgt ervoor dat de elektronen in de deeltjes tegelijk oscilleren, die het plasmon vormt. Dit fenomeen geeft de nanostructuren buitengewone optische eigenschappen, zoals hoge verstrooiing en hoge absorptie", Magnus Jonsson legt het uit.

In eerder werk, hij en zijn collega's hebben aangetoond dat een gouden elektrode die is geperforeerd met nanogaatjes licht efficiënt absorbeert met behulp van plasmonen. Het geabsorbeerde licht wordt vervolgens omgezet in warmte. Met zo'n elektrode een dunne goudfilm met nanogaatjes, aan de kant die naar de zon is gericht, de sensor kan zichtbaar licht ook snel omzetten in een stabiel signaal.

Als een toegevoegde bonus, de sensor is ook drukgevoelig.

"Er ontstaat een signaal als we met een vinger op de sensor drukken, maar niet als we het met een stuk plastic aan dezelfde druk onderwerpen. Het reageert op de hitte van de hand", zegt Magnus Jonsson.

Naast Mina Shiran Chaharsoughi en Magnus Jonsson, hun collega's Dan Zhao, Simone Fabiano en professor Xavier Crispin van het Laboratorium voor Organische Elektronica hebben ook bijgedragen aan de studie, waarvan de resultaten onlangs zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Functional Materials.