Neuer Polymer-Blend liefert ultra-empfindlichen thermoelektrischen Wärmesensor

Ein ultra-empfindlicher Wärmesensor wurde entwickelt, der auf der Tatsache basiert, dass bestimmte Materialien thermoelektrisch sind. Die Elektronen in einem thermoelektrischen Material bewegen sich von der kalten Seite zur warmen Seite, wenn ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Seiten entsteht, und eine Spannungsdifferenz entsteht. In diesem Projekt entwickelten Forscher ein thermoelektrisches Material, das Ionen als Ladungsträger statt Elektronen verwendet, und der Effekt ist 100-mal größer.

Ein thermoelektrisches Material, das Elektronen verwendet, kann 100 µV/K (Mikrovolt pro Kelvin) entwickeln, verglichen mit 10 mV/K vom neuen Material. Das Signal ist somit 100-mal stärker, und ein kleiner Temperaturunterschied gibt ein starkes Signal.

Das neue Material ist ein Elektrolyt, der aus einem Gel mehrerer ionischer Polymere besteht. Einige der Komponenten sind p-Typ-Polymere, in denen positiv geladene Ionen den Strom tragen. Ein hochleitfähiges Polymergel vom n-Typ wurde entdeckt, in dem negativ geladene Ionen den Strom tragen. Sehr wenige solche Materialien waren bisher verfügbar.

Mit Hilfe früherer Ergebnisse aus der Arbeit mit Elektrolyten für gedruckte Elektronik haben die Forscher nun das erste gedruckte thermoelektrische Modul entwickelt, das verbundene n- und p-Beine verwendet, wobei die Anzahl der Beinverbindungen bestimmt, wie stark ein Signal erzeugt wird. Die Wissenschaftler haben Siebdruck verwendet, um einen hochempfindlichen Wärmesensor basierend auf den unterschiedlichen und komplementären Polymeren herzustellen. Der Wärmesensor hat die Fähigkeit, einen winzigen Temperaturunterschied in ein starkes Signal umzuwandeln: Ein Modul mit 36 verbundenen Beinen gibt 0,333 V für einen Temperaturunterschied von 1 K.