導讀
近日，瑞典林雪平大學有機電子實驗室的科學家們開發出一種超靈敏、柔性、透明、可印刷的熱傳感器。他們的研究成果將廣泛應用於從創傷癒合到電子皮膚再到智能建築的一系列領域。
背景
如今，環境汙染與能源危機日益加劇。可是，有一種材料為我們節約能源帶來了新希望，這種材料就是：熱電材料。說起熱電材料，我們不得不先介紹一種特殊的物理現象：熱電效應。
簡單說，熱電效應就是指在特殊材料中，由於溫度差異而產生電壓的過程。通常來說，材料的一側較熱、另一側較冷時，電荷載體就會從熱的一側向冷的一側移動，形成電動勢，從而產生電壓。
熱電材料的用途非常廣泛。未來，熱電材料不僅可以採集人體熱量為可穿戴設備供電，還能採集廢熱為電動汽車提供部分電力，也可以利用飛機機艙內外溫差為飛機提供更多電力。
創新
近日，瑞典林雪平大學有機電子實驗室的科學家們開發出一種超靈敏、柔性、透明、可印刷的熱傳感器。他們的研究成果將廣泛應用於從創傷癒合到電子皮膚再到智能建築的一系列領域。
超靈敏的熱傳感器（圖片來源：Peter Holgersson AB）
林雪平大學有機電子實驗室、查爾姆斯理工大學、斯圖加特傳媒學院和肯塔基大學聯合開展的這項研究的成果發表在《自然通信（Nature Communications）》期刊上。
技術
這種超靈敏的熱傳感器是基於特定的熱電材料。然而，在目前的這個項目中，研究人員們開發出一種採用離子而不是電子作為電荷載體的熱電材料，其效果要強百倍。
利用電子的熱電材料可以產生出100 µV/K（微伏每開爾文），而這種新材料是10 mV/K。該信號要強百倍，也就是說微小的溫度差異能產生更強的信號。
林雪平大學研究員、論文三位主要作者之一的 Dan Zhao 發現了這種新材料，即由幾種離子聚合物凝膠組成的電解質。部分成分是p型聚合物，其中帶正電的離子攜帶電流。在之前的研究中，這種聚合物非常著名。然而，她也發現高導電的n型聚合物凝膠，其中帶負電的離子攜帶電流。目前為止，這種材料被發現得非常少。
研究員 Dan Zhao 和超靈敏的印刷而成的傳感器（來源：Peter Holgersson AB）
在之前關於印刷電子所用的電解質凝膠的研究幫助下，現在研究人員們開發出世界上首個印刷而成的熱電模塊，採用離子作為電荷載體。模塊由連接的n型和p型腿組成，腿的數量決定了產生的信號有多強。科學家們基於互異和互補的聚合物，採用絲網印刷技術製造出一種高度靈敏的熱傳感器。熱傳感器能將溫度差異轉化為強烈的信號：一個連接36腿的模塊每一開爾文的溫度差異可以產生0.333 V的電壓。
價值
Dan Zhao 表示：“材料是透明柔性的，並可以用於高度靈敏的產品，這些產品可以被印刷，從而以這種方式應用到大型表面上。這些應用包括傷口癒合（創可貼可以展示出癒合過程的進展）和電子皮膚。”另外一項可能的應用就是智能建築中的溫度交換。
關鍵字
熱電效應、柔性電子、印刷電子
【1】https://liu.se/en/news-item/ny-polymerblandning-ger-superkanslig-varmesensor
【2】Dan Zhao, Anna Martinelli, Andreas Willfahrt, Thomas Fischer, Diana Bernin, Zia Ullah Khan, Maryam Shahi, Joseph Brill, Magnus P. Jonsson, Simone Fabiano, Xavier Crispin. Polymer gels with tunable ionic Seebeck coefficient for ultra-sensitive printed thermopiles. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-08930-7
閱讀更多 環球創新智慧 的文章
