背景

　　测量压力、温度和湿度的能力对于许多应用来说都非常重要，例如家中的病人监测、机器人、电子皮肤、功能织物、监控与安全等等。

　　到目前为止，研究的目标都是将不同的传感器集成到同一个电路中，但是这已经带来了一些技术挑战，尤其是用户接口方面。

　　创新

　　近日，瑞典林雪平大学有机电子实验教授 Xavier Crispin 领导的科学家们，成功地将这三种测量都结合到单个传感器中。相关论文发表在《先进科学（Advanced Science）》期刊上。

　　（图片来源：Thor Balkhed）

　　技术

　　科学家们开发出了一种既能导通离子又能导通电子的聚合物弹性气凝胶，随后又利用了热电效应，实现了这个传感器。在热电材料中，电子从材料冷的一侧向热的一侧流动，并以这种方式产生电压差异。

　　研究人员将纤维素纳米纤维与导电聚合物 PEDOT:PSS 在水中混合到一起，并在真空条件下将混合物冻干，生成的材料有着像洗涤海绵一样的结构，即气凝胶。添加一种称为聚硅烷的物质，会使得海绵变得有弹性。向材料施加电势会使得线性电流增加，这是典型的电阻特性。但是当材料受到压力时，其电阻会下降，使得电子更轻易地通过。

　　（图片来源：参考资料【2】）

　　因为材料是热电的，所以它也有可能测量到温度变化：热的一侧与冷的一侧的温度差异越大，电压就越高。湿度影响离子从热的一侧向冷的一侧流动的速度。如果湿度是零，那么离子就不会被输送。

　　有机电子实验室教授、论文主要作者 Xavier Crispin 表示：“这项研究的创新之处在于，我们可通过追踪随着时间变化的电信号，区分电子（给定温度梯度）和离子（给定湿度水平）的热电响应，因为两种响应以不同的速度发生。”

　　他说：“这意味着，我们可以通过一种材料测量三个参数，不同的测量之间不存在耦合。”

　　有机电子实验室的高级讲师、博士生 Shaobo Han 也发现了一种使得三个信号相互分离的方法，而每个信号可以被简单地单独读取。

　　价值

　　Simone Fabiano 表示：“我们独特的传感器也为物联网预备了道路，降低了复杂性和生产成本。这种优势尤其体现在安全产业。更长远的应用可能性就是将传感器安放在含有敏感物品的包装袋中。”

　　关键字

　　传感器、有机电子、物联网

　　参考资料

　　【1】https://liu.se/en/news-item/nytt-cellulosa-baserat-material-ger-tre-sensorer-i-en

　　【2】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201802128