Första värmedrivna transistorn

Dan Zhao och Simone Fabiano vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, har tagit fram en termoelektrisk organisk transistor. Det räcker med en temperaturökning på en grad för att få en mätbar förändring av strömmen i transistorn. 

Dan Zhao och Xavier CrispinDan Zhao och Xavier Crispin. Foto: Thor Balkhed
Resultaten har nu publicerats i Nature Communications.

– Vi är först i världen med att presentera en logisk krets, i detta fall en transistor, som styrs av en värmesignal istället för en elektrisk signal. Det konstaterar professor Xavier Crispin, Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet.

Nya applikationer

Den värmedrivna transistorn öppnar upp för en lång rad applikationer som exempelvis detektering av små temperaturskillnader eller inom medicinen för funktionella plåster där man kan följa läkningsprocessen.

Det är också möjligt att ta fram kretsar som styrs av värmen i infrarött ljus för värmekameror, med mera. Den höga värmekänsligheten, 100 gånger högre än traditionella termoelektriska material, gör att det räcker med en enda koppling från den värmekänsliga elektrolyten, som fungerar som en sensor, till transistorn. En sensor och en transistor kan tillsammans bilda en smart pixel.

En matris av smarta pixlar kan då exempelvis användas istället för de givare som idag detekterar infraröd strålning i värmekameror. Tekniken kan, men lite vidareutveckling, möjliggöra att vi i framtiden kan få en värmekamera i mobilen till en låg kostnad eftersom de ingående materialen varken är dyra, sällsynta eller farliga.

Termoelektrisk flytande elektrolyt 

Värmedriven transistor Foto: Thor BalkhedDen värmedrivna transistorn är en fortsättning på den forskning som för ett år sedan ledde fram till en superkondensator som laddas av solens strålar. I kondensatorn omvandlas värme till el som lagras i kondensatorn tills den behövs.

Forskargruppen vid Laboratoriet för organisk elektronik hade då hittat rätt bland de ledande polymererna och tagit fram en flytande elektrolyt med 100 gånger större förmåga att omvandla en temperaturskillnad till el än de elektrolyter som normalt används. Den flytande elektrolyten består av joner och ledande polymerer. De positivt laddade jonerna är små och snabba och de negativt laddade polymerkedjorna är stora och tunga. När ena sidan värms upp rusar de små snabba jonerna mot den kalla sidan och en spänning uppstår.

– När vi hade visat att kondensatorn fungerade funderade vi över vad vi kunde göra mer med elektrolyten, berättar Xavier Crispin.

Dan Zhao, förste forskningsingenjör och Simone Fabiano, universitetslektor, har nu efter många timmar i laboratoriet visat att det också är fullt möjligt att bygga elektroniska kretsar som styrs av en värmesignal.

Forskningen har sedan 2014 finansierats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse inom projektet ”Tail of the sun” – solens svans.

Artikeln:
Ionic thermoelectric gating organic transistors, Dan Zhao, Simone Fabiano, Magnus Berggren och Xavier Crispin, Linköpings universitet, campus Norrköping, Nature Communications 2017. DOI 10.1038/ncomms14214

Forskare

Forskning

Fler nyheter från LiU