Nanotecnologia

Sensor de celulose mede pressão, temperatura e umidade de uma vez só

Sensor de celulose mede pressão, temperatura e umidade de uma vez só
Foto e estrutura do sensor de celulose. [Imagem: Thor Balkhed]

Sensor de celulose

Celulose embebida em uma mistura de polímeros bastante comuns funciona como um sensor capaz de medir pressão, temperatura e umidade - ao mesmo tempo!

As medições são completamente independentes umas das outras.

Esse sensor totalmente inusitado pode ser altamente significativo porque a capacidade de medir pressão, temperatura e umidade é importante em muitas aplicações, como monitorar pacientes em casa, robótica, peles eletrônicas, têxteis funcionais, vigilância e segurança, apenas para citar algumas.

Sensor múltiplo

A inovação foi possível graças ao desenvolvimento de um aerogel elástico de polímeros que conduz tanto íons quanto elétrons, o que, por sua vez, permitiu a exploração do efeito termoelétrico - em um material termoelétrico os elétrons se movem do lado frio para o lado quente e, dessa maneira, criam uma diferença de tensão.

Quando as nanofibras de celulose são misturadas com o polímero condutor PEDOT:PSS em água e a mistura é liofilizada sob vácuo, o material resultante tem a mesma estrutura que uma esponja - um aerogel. Quando esse aerogel recebe uma substância conhecida como polissilano, ele se torna elástico.

A aplicação de um potencial elétrico através do material fornece um aumento de corrente linear, típico de qualquer resistor - esse é o sinal base.

Quando o material está sujeito a uma pressão, sua resistência cai e os elétrons fluem mais facilmente através dele, o que permite que a mudança de pressão seja detectada pela variação no sinal base.

Como o material é termoelétrico, também é possível medir mudanças de temperatura: quanto maior a diferença de temperatura entre os lados quente e frio, maior a tensão desenvolvida.

Já a umidade afeta a velocidade com que os íons se movem do lado quente para o frio - se a umidade for zero, nenhum íon será transportado.

Aplicações

"A novidade é que podemos distinguir entre a resposta termoelétrica dos elétrons (dado o gradiente de temperatura) e a dos íons (dado o nível de umidade) seguindo o sinal elétrico versus tempo. Isso ocorre porque as duas respostas ocorrem em velocidades diferentes. Isso significa que podemos medir três parâmetros com um único material, sem que as diferentes medidas estejam acopladas," disse o pesquisador Xavier Crispin, da Universidade de Linkoping, na Suécia.

"Nosso sensor único também prepara o caminho para a internet das coisas, e traz menor complexidade e menores custos de produção. Esta é uma vantagem, não menos importante, no setor de segurança. Outra aplicação possível é colocar sensores em pacotes com mercadorias sensíveis," disse o professor Simone Fabiano, cuja equipe desenvolveu recentemente um transístor que aprende, para uso em computadores que imitam o cérebro.

Bibliografia:

A Multiparameter Pressure-Temperature-Humidity Sensor Based on Mixed Ionic-Electronic Cellulose Aerogels
Shaobo Han, Naveed Ul Hassan Alvi, Lars Granlöf, Hjalmar Granberg, Magnus Berggren, Simone Fabiano, Xavier Crispin
Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.201802128




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