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

Person i labbrock och handskar häller en blå vätska på en glasyta.

Miljövänligare metod för att skapa organiska halvledare

Forskare vid LiU har utvecklat ett nytt miljövänligare sätt att skapa ledande bläck för användning i organisk elektronik som solceller och konstgjorda nervceller. Fynden banar väg för framtidens hållbara teknologi.

Två forskare i labbrock med handskar kopplar in sladdar till en bägare med vatten och en växt.

Elektronisk ”jord” ökar tillväxten hos grödor

Kornplantor växer i genomsnitt 50 procent mer när rotsystemet kan stimuleras elektriskt genom odlingssubstratet. Det visar forskare vid LiU som har utvecklat en elektriskt ledande ”jord” för hydroponi.

Halvmåneformad svart aerogel med vattendroppar.

Superlätt material kan bli nyckel för framtidens terahertz-teknik

Forskare vid LiU har visat att genomsläppligheten av terahertzstrålning genom en ledande aerogel kan regleras. En viktig egenskap för att kunna låsa upp fler användningsområden för terahertzvågor.

Forskning vid LOE

Senaste nytt från LiU

En person tittar in i kameran.

Jan-Ingvar Jönsson ny ordförande för ECIU

Rektorn vid Linköpings universitet, Jan-Ingvar Jönsson, har blivit utsedd till ny ordförande för det europeiska nätverket för innovativa universitet i Europa, ECIU.

Porträtt på två tjejer som kramar varandra

Spex-SM i Linköping för första gången

I maj arrangeras SM i studentspex i Linköping för första gången. Holgerspexet och Linköpings Studentspex, universitetets två spexföreningar, laddar för tävlingen med ett gemensamt bidrag.

Lysande glasskiva med krokodilklämma.

Genombrott för nästa generations digitala skärmar

Forskare vid LiU har utvecklat en digital skärm där själva lysdioderna reagerar på beröring, ljus, fingeravtryck och användarens puls bland annat. Resultaten kan vara starten för en helt ny generation digitala skärmar.