Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet har tagit fram ett kompositmaterial med helt unika egenskaper, det är samtidigt mjukt, töjbart, elektriskt ledande och har goda termoelektriska egenskaper. Därmed är det också idealiskt för en lång rad kroppsnära applikationer.
Resultatet har forskarna publicerat i Nature Communications, tillsammans med kollegor i Belgien, Nya Zealand och Kalifornien.
Foto THOR BALKHEDForskningen har Nara Kim bedrivit under ledning av professor Xavier Crispin och universitetslektor Klas Tybrandt, båda vid Laboratoriet för organisk elektronik.
– Xavier Crispin är pionjär inom organiska termoelektriska material, Klas Tybrandt är expert på de mjuka elektroniska material och jag bidrar med kunskaper om organiska kompositer. Idén till det nya materialet har vi tagit fram tillsammans,
berättar hon.
– Jämfört med PEDOT:PSS är vårt material 100 gånger mjukare och 100 gånger mer töjbart, intygar Klas Tybrandt, forskningsledare inom området Mjuk elektronik vid Laboratoriet för organisk elektronik.
– Tack vare att vi kan kontrollera materialets struktur, både på nano- och mikro-nivån, kan vi kombinera de olika materialens goda egenskaper i en komposit, säger han.
Den nya kompositen är även tryckbar.
– Kompositmaterialet formas i en vattenblandning och kan även användas som bläck och tryckas på olika ytor. När ytan töjs eller böjs följer kompostmaterialet med. Kompositen tillverkar vi också i en lågkostnads- och miljövänlig process, säger Nara Kim.
– Det finns många joniska vätskor, ledande polymerer och traditionella elastomerer som kan kombineras i nya nanokompositer för termoelektriska generatorer, superkondensatorer, batterier, sensorer, kroppsnära elektronik och implantat som kräver tjocka, elastiska och elektriskt ledande material, konstaterar Xavier Crispin.
Forskningen har i huvudsak finansierats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Göran Gustafssons stiftelse och Stiftelsen för strategisk forskning samt via den strategiska satsningen på avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.
Elastic Conducting Polymer Composites in Thermoelectric Modules, Nara Kim, Samuel Lienemann, Ioannis Petsagkourakis, Desalegn Alemu Mengistie, Seyoung Kee, Thomas Ederth, Viktor Gueskine, Philippe Leclère, Roberto Lazzaroni, Xavier Crispin, and Klas Tybrandt, Nature Communications 2020, doi 10.1038/s41467-020-15135-w
Resultatet har forskarna publicerat i Nature Communications, tillsammans med kollegor i Belgien, Nya Zealand och Kalifornien.
Kompletterande kompetens
Nara Kim, postdoktor och förste forskningsingenjör vid Laboratoriet för organisk elektronik har kombinerat tre olika material, den ledande polymeren PEDOT:PSS, ett vattenburet polyuretan-gummi samt en jonisk vätska. Resultatet är ett kompositmaterial med helt unika egenskaper. PEDOT:PSS står för de termoelektriska egenskaperna, gummimaterialet för elasticiteten och den joniska vätskan ger mjukhet och töjbarhet.– Xavier Crispin är pionjär inom organiska termoelektriska material, Klas Tybrandt är expert på de mjuka elektroniska material och jag bidrar med kunskaper om organiska kompositer. Idén till det nya materialet har vi tagit fram tillsammans,
berättar hon.
Mjukt och töjbart
PEDOT:PSS är den vanligaste ledande polymeren och den används i en lång rad applikationer, inte minst för sina goda termoelektriska egenskaper. Men polymeren är både för hård och skör för att direkt kunna användas i kroppsnära elektronik.– Jämfört med PEDOT:PSS är vårt material 100 gånger mjukare och 100 gånger mer töjbart, intygar Klas Tybrandt, forskningsledare inom området Mjuk elektronik vid Laboratoriet för organisk elektronik.
– Tack vare att vi kan kontrollera materialets struktur, både på nano- och mikro-nivån, kan vi kombinera de olika materialens goda egenskaper i en komposit, säger han.
Den nya kompositen är även tryckbar.
– Kompositmaterialet formas i en vattenblandning och kan även användas som bläck och tryckas på olika ytor. När ytan töjs eller böjs följer kompostmaterialet med. Kompositen tillverkar vi också i en lågkostnads- och miljövänlig process, säger Nara Kim.
Nytt forskningsfält
Forskarna ser nu ett helt fält av nya möjligheter i att skapa mjuka och elastiska organiskt ledande material.– Det finns många joniska vätskor, ledande polymerer och traditionella elastomerer som kan kombineras i nya nanokompositer för termoelektriska generatorer, superkondensatorer, batterier, sensorer, kroppsnära elektronik och implantat som kräver tjocka, elastiska och elektriskt ledande material, konstaterar Xavier Crispin.
Forskningen har i huvudsak finansierats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Göran Gustafssons stiftelse och Stiftelsen för strategisk forskning samt via den strategiska satsningen på avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.
Elastic Conducting Polymer Composites in Thermoelectric Modules, Nara Kim, Samuel Lienemann, Ioannis Petsagkourakis, Desalegn Alemu Mengistie, Seyoung Kee, Thomas Ederth, Viktor Gueskine, Philippe Leclère, Roberto Lazzaroni, Xavier Crispin, and Klas Tybrandt, Nature Communications 2020, doi 10.1038/s41467-020-15135-w
