14 maj 2019

Med inspiration från hudens eget sätt att fungera har forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik tagit fram en sensor väl lämpad för elektronisk hud. Den kan mäta förändringar i kroppstemperatur samt känna av både solljus och en varm beröring.

Mina Shiran Chaharsoughi och Magnus Jonsson fotograferade genom en glasskiva på vilken de ritar upp formler.
Mina Shiran Chaharsoughi och Magnus Jonsson. Fotograf: Thor Balkhed
Inom robotik, för proteser med känsel och för hälsoövervakning arbetar forskare runt om i värden för att ta fram elektronisk hud, flexibel, töjbar och med någon form av känsel.
Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet har slagit sina kloka huvuden ihop och kombinerat flera olika fysikaliska fenomen och material. Resultatet är en sensor som exempelvis applicerad på en arm kan känna av eller övervaka en förändring av kroppstemperatur, som reagerar på synligt ljus från solen och som även kan känna av en beröring av något varmt, exempelvis en hand.

– Vi har inspirerats av naturens egna metoder, säger Mina Shiran Chaharsoughi, doktorand inom organisk fotonik och nanooptik vid Laboratoriet för organisk elektronik.

Kombination av kompetenser

Tillsammans med forskarkollegor vid Laboratoriet för organisk elektronik har hon tagit fram en sensor som kombinerar pyroelektriska och termoelektriska effekter med ett nanooptiskt fenomen.

I de pyroelektriska materialen uppstår en spänning då materialet värms upp eller kyls ner. Det är förändringen i temperatur som ger en signal, en snabb och stark signal men som avklingar nästan lika snabbt.
I de termoelektriska materialen uppstår istället en spänning när materialet får en kall och en varm sida. Signalen är dock långsam och det tar lite tid innan den blir mätbar. Värmen kan komma från kroppen eller från solen, bara det finns en svalare sida.
Foto Thor Balkhed
– Vi ville ta vara på det bästa av två världar och kombinerade därför en pyroelektrisk polymer med en termoelektrisk gel framtagen i ett tidigare projekt av Dan Zhao, Simone Fabiano med flera kollegor i gruppen för organisk nanoelektronik. Kombinationen ger en snabb och stark signal som också varar under lång tid, säger Magnus Jonsson, forskningsledare inom organisk fotonik och nanooptik, som lett studien.

Det visade sig också att de två materialen samverkar så att den gemensamma signalen dessutom förstärks.

Plasmoner

De har även tagit hjälp av plasmoner, ett nanooptiskt fenomen.
– En plasmon uppkommer när ljus interagerar med metalliska nanopartiklar, som guld och silver. Det infallande ljuset gör att elektronerna i partiklarna böjar svänga i takt, oscillera. Den kollektiva oscillationen är själva plasmonen, berättar Magnus Jonsson.

I ett tidigare arbete har han och hans medarbetare visat att en elektrod i guld som försetts med nanohål effektivt absorberar ljus med hjälp av plasmoner. Det absorberade ljuset omvandlad sedan till värme. Med en sådan elektrod, en tunn guldfilm med nanohål, på den sida som vetter mot solen omvandlar sensorn även det synliga ljuset till en snabb och stadig signal.

Som bonus är sensorn även tryckkänslig.
– En signal uppstår när vi trycker på sensorn med ett finger, men inte när vi utsätter den för samma tryck med ett stycke plast. Den reagerar på värmen från handen, säger Magnus Jonsson.

Förutom Mina Shiran Chaharsoughi och Magnus Jonsson, forskare inom nanooptik, har även Dan Zhao, Simone Fabiano, båda inom organisk nanoelektronik, och professor Xavier Crispin bidragit till resultaten som nyligen publicerats i ansedda Advanced Functional Materials.

Forskningen finansieras bland annat av Stiftelsen för strategisk forskning, Vetenskapsrådet, Wenner Gren Stiftelserna och den strategiska satsningen på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.

Thermodiffusion‐Assisted Pyroelectrics—Enabling Rapid and Stable Heat and Radiation Sensing, Mina Shiran Chaharsoughi, Dan Zhao, Xavier Crispin, Simone Fabiano. Magnus P. Jonsson. Advanced Functional Materials, april 2019.
DOI 10.1002/adfm.201900572

Kontakt

Relaterad forskning

Forskning vid LOE

Senaste nytt från LiU

Florian Trybel

Samarbetet tänjer på fysikens gränser

Teoretikern Florian Trybel har en central roll i skapandet av nya material. Tillsammans med sin kollega inom experimentell forskning i Skottland siktar han på att utöka möjligheterna för material i extrema förhållanden.

Ung kvinna öppnar en dörr

Från teori till terapi

På Psykologmottagningen vid LiU får studenter på psykologprogrammet chans att göra skillnad på riktigt. Utöver en unik möjlighet att omsätta teori i praktik hjälper de patienter med allt från stresshantering, sömnbesvär, nedstämdhet, oro och fobier.

Kaiqian Wang.

Upptäckt om smärtsignalering kan bidra till bättre behandling

LiU-forskare har ringat in den exakta platsen på ett specifikt protein som finjusterar smärtsignalers styrka. Kunskapen kan användas för att utveckla läkemedel mot kronisk smärta som är mer effektiva och har färre biverkningar.