24 mars 2020

För första gången har en mjuk och töjbar termoelektrisk modul skapats i ett organiskt kompositmaterial. Materialet skördar energi från kroppsvärme, kan tryckas och lämpar sig för exempelvis smarta kläder, kroppsnära elektronik eller elektronisk hud.

Nara Kim, i bakgrunden Xavier Crispin och Klas Tybrandt
Nara Kim, Xavier Crispin och Klas Tybrandt har de kompletterande kompetenser som gjort det möjligt att få fram ett nytt material med helt unika egenskaper.  THOR BALKHED
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.

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.

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.

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

Kontakt

Fler forskningsnyheter från LOE

Jontronisk pump i tunna blodkärl.

Effektivare cancerbehandling med jontronisk pump

När låga doser av cancerläkemedel tillförs kontinuerligt nära elakartade hjärntumörer med så kallad jontronik minskar cancercelltillväxten drastiskt. Det har forskare vid LiU och det Medicinska universitetet i Graz visat.

Glasskiva med droppe belyst underifrån.

Nästa generations hållbara elektronik dopas med luft

Forskare vid LiU har utvecklat en ny metod där organiska halvledare kan bli mer ledande med hjälp av luft som störämne. Enligt forskarna är det ett stort steg mot framtidens billiga och hållbara organiska halvledare.

Knappbatteri på finger.

Miljövänligt och billigt batteri för låginkomstländer

Ett batteri gjort av zink och lignin som kan användas över 8000 gånger. Det har forskare vid LiU utvecklat med visionen att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.

Forskning vid LOE

Senaste nytt från LiU

LiU-flaggor framför Kårallen på Campus Valla.

Distanskurser ökar mest när antagningen till hösten är klar

Det första antagningsbeskedet är här. LiU fortsätter att locka studenter och framför allt antagningen till fristående kurser och utbildningar på distans har ökat sedan tidigare år.

Möjligt att förutse nervskador av cancerbehandling

Många kvinnor som behandlats för bröstcancer med en typ av cytostatika, taxaner, får ofta biverkningar på nervsystemet. Nu har forskare vid LiU utvecklat ett verktyg som kan förutsäga hur stor risken är för den enskilda individen.

Kvinna i bygghjälm.

Hennes uppdrag är svårt – men kul och fullt möjligt

Vi är mitt uppe i en tuff omställningen som ska rädda vår miljö och leda till en mer hållbar utveckling. Då behövs innovationskraft och kunskap, menar Marie Trogstam, LiU-alumnen som nu är chef för hållbarhet och infrastruktur hos Svenskt Näringsliv.