Робототехника, протезы, реагирующие на прикосновения, и мониторинг здоровья – три области, в которых ученые всего мира работают над созданием электронной кожи. Они хотят, чтобы такая кожа была гибкой и обладала некоторой чувствительностью. Исследователи из лаборатории органической электроники Университета Линчёпинга предприняли шаги в направлении создания такой системы, объединив несколько физических явлений и материалов. В результате получается датчик, который, подобно коже человека, может определять изменение температуры, возникающее от прикосновения к теплому предмету, а также тепло от солнечного излучения.
«Нас вдохновила природа и ее методы измерения тепла и излучения», – говорит Мина Ширан Чарсуги, докторант группы органической фотоники и нанооптики Лаборатории органической электроники.
Вместе с коллегами она разработала датчик, сочетающий пироэлектрические и термоэлектрические эффекты с нанооптическим явлением.
Напряжение возникает в пироэлектрических материалах, когда они нагреваются или охлаждаются. Именно изменение температуры дает сигнал, быстрый и сильный, но затухающий почти так же быстро.
Напротив, в термоэлектрических материалах напряжение возникает, когда материал имеет одну холодную и одну горячую стороны. Сигнал здесь возникает медленно, и должно пройти некоторое время, прежде чем его можно будет измерить. Тепло может исходить от теплого прикосновения или от солнца; все, что требуется, это чтобы одна сторона была холоднее другой.
«Мы хотели получить лучшее из обоих миров, поэтому мы объединили пироэлектрический полимер с термоэлектрическим гелем, разработанным в предыдущем проекте Дэном Чжао, Симоне Фабиано и другими коллегами из Лаборатории органической электроники.
Комбинация дает быстрый и сильный сигнал, который длится до тех пор, пока присутствует стимул », – говорит Магнус Йонссон, руководитель группы органической фотоники и нанооптики.
Кроме того, оказалось, что два материала взаимодействуют таким образом, что усиливает сигнал.
В новом датчике также используется еще одна нанооптическая сущность, известная как плазмоны.
«Плазмоны возникают, когда свет взаимодействует с наночастицами металлов, таких как золото и серебро. Падающий свет заставляет электроны в частицах колебаться в унисон, что формирует плазмон. Это явление придает наноструктурам исключительные оптические свойства, такие как сильное рассеяние и высокое поглощение », – объясняет Магнус Йонссон.
В предыдущей работе он и его сотрудники показали, что золотой электрод, перфорированный наноотверстиями, эффективно поглощает свет с помощью плазмонов. Впоследствии поглощенный свет преобразуется в тепло. С таким электродом, тонкой золотой пленкой с наноотверстиями на стороне, обращенной к солнцу, датчик также может быстро преобразовывать видимый свет в стабильный сигнал.
В качестве дополнительного бонуса датчик также чувствителен к давлению. "Сигнал возникает, когда мы нажимаем на датчик пальцем, но не тогда, когда мы подвергаем его тому же давлению куском пластика.
Он реагирует на тепло руки ", – говорит Магнус Йонссон.