La cellulose trempée dans un mélange de polymères soigneusement conçu agit comme un capteur pour mesurer la pression, température et humidité en même temps. Les mesures sont totalement indépendantes les unes des autres. La capacité de mesurer la pression, la température et l'humidité sont importantes dans de nombreuses applications, comme le suivi des patients à domicile, robotique, peau électronique, textiles fonctionnels, surveillance et sécurité, pour en nommer quelques uns.

Les recherches jusqu'à présent ont intégré différents capteurs dans un même circuit, qui a présenté plusieurs défis techniques, notamment en ce qui concerne l'interface utilisateur.

Les scientifiques du laboratoire d'électronique organique de l'université de Linköping sous la direction du professeur Xavier Crispin ont réussi à combiner les trois mesures en un seul capteur.

Cela a été rendu possible par le développement d'un aérogel élastique de polymères qui conduit à la fois les ions et les électrons, et l'exploitation ultérieure de l'effet thermoélectrique. Un matériau thermoélectrique est un matériau dans lequel les électrons se déplacent du côté froid du matériau vers le côté chaud, créant une différence de tension.

Lorsque des nanofibres de cellulose sont mélangées avec le polymère conducteur PEDOT:PSS dans l'eau et que le mélange est lyophilisé sous vide, le matériau résultant a la structure spongieuse d'un aérogel. L'ajout d'une substance connue sous le nom de polysilane rend l'éponge élastique. L'application d'un potentiel électrique à travers le matériau donne une augmentation de courant linéaire, typique de toute résistance. Mais lorsque le matériau est soumis à une pression, sa résistance chute et les électrons le traversent plus facilement.

Le matériau étant thermoélectrique, il est également possible de mesurer les changements de température. Plus la différence de température entre les côtés chaud et froid est grande, plus la tension est élevée. L'humidité affecte la rapidité avec laquelle les ions se déplacent du côté chaud vers le côté froid. Si l'humidité est nulle, aucun ion n'est transporté.

"Ce qui est nouveau, c'est que l'on peut distinguer la réponse thermoélectrique des électrons (donnant le gradient de température) et celle des ions (donnant le taux d'humidité) en suivant le signal électrique en fonction du temps. C'est parce que les deux réponses se produisent à des vitesses, " dit Xavier Crispin, professeur au Laboratoire d'électronique organique et auteur principal de l'article publié dans Sciences avancées .

« Cela signifie que nous pouvons mesurer trois paramètres avec un seul matériau, sans que les différentes mesures soient couplées, " il dit.

Shaobo Han, étudiant en médecine, et maître de conférences Simone Fabiano au Laboratoire d'électronique organique, ont également trouvé un moyen de séparer les trois signaux de telle sorte que chacun puisse être lu individuellement.

"Notre capteur unique ouvre également la voie à l'Internet des objets, et apporte une complexité moindre et des coûts de production inférieurs. C'est un avantage dans le secteur de la sécurité. Une autre application possible consiste à placer des capteurs dans des emballages contenant des marchandises sensibles, " dit Simone Fabiano.