La cellulosa imbevuta di una miscela polimerica accuratamente progettata funge da sensore per misurare la pressione, temperatura e umidità contemporaneamente. Le misurazioni sono completamente indipendenti l'una dall'altra. La capacità di misurare la pressione, la temperatura e l'umidità sono importanti in molte applicazioni, come il monitoraggio dei pazienti a casa, robotica, pelle elettronica, tessuti funzionali, sorveglianza e sicurezza, per citarne solo alcuni.

La ricerca fino ad ora ha integrato diversi sensori nello stesso circuito, che ha presentato diverse sfide tecniche, non da ultimo per quanto riguarda l'interfaccia utente.

Gli scienziati del Laboratorio di elettronica organica dell'Università di Linköping, sotto la guida del professor Xavier Crispin, hanno combinato con successo tutte e tre le misurazioni in un unico sensore.

Ciò è stato reso possibile dallo sviluppo di un aerogel elastico di polimeri che conduce sia ioni che elettroni, e successivo sfruttamento dell'effetto termoelettrico. Un materiale termoelettrico è quello in cui gli elettroni si muovono dal lato freddo del materiale verso il lato caldo, creando una differenza di tensione.

Quando le nanofibre di cellulosa vengono miscelate con il polimero conduttore PEDOT:PSS in acqua e la miscela viene liofilizzata sotto vuoto, il materiale risultante ha la struttura spugnosa di un aerogel. L'aggiunta di una sostanza nota come polisilano fa sì che la spugna diventi elastica. Applicando un potenziale elettrico attraverso il materiale si ottiene un aumento lineare della corrente, tipico di qualsiasi resistore. Ma quando il materiale è soggetto a pressione, la sua resistenza diminuisce e gli elettroni fluiscono più facilmente attraverso di essa.

Poiché il materiale è termoelettrico, è anche possibile misurare le variazioni di temperatura. Maggiore è la differenza di temperatura tra i lati caldo e freddo, maggiore è la tensione. L'umidità influenza la velocità con cui gli ioni si spostano dal lato caldo a quello freddo. Se l'umidità è zero, non vengono trasportati ioni.

"La novità è che possiamo distinguere tra la risposta termoelettrica degli elettroni (che fornisce il gradiente di temperatura) e quella degli ioni (che fornisce il livello di umidità) seguendo il segnale elettrico nel tempo. Questo perché le due risposte si verificano a tempi diversi". velocità, "dice Saverio Crispin, professore nel Laboratorio di Elettronica Organica e autore principale dell'articolo pubblicato in Scienze avanzate .

"Ciò significa che possiamo misurare tre parametri con un materiale, senza che le diverse misure siano accoppiate, " lui dice.

Shaobo Han, studente di dottorato, e Senior Lecturer Simone Fabiano presso il Laboratorio di Elettronica Organica, hanno anche trovato un modo per separare i tre segnali in modo che ciascuno possa essere letto singolarmente.

"Il nostro sensore unico prepara anche la strada all'Internet delle cose, e porta minore complessità e minori costi di produzione. Questo è un vantaggio nel settore della sicurezza. Un'ulteriore possibile applicazione è l'inserimento di sensori in pacchi con merci sensibili, "dice Simone Fabiano.