Швейцарские специалисты из ETH Zurich разработали термометр рекордной чувствительности. Секрет — в применении биосинтетического гибридного материала, составленного из клеток табака (пектина), и углеродных нанотрубок. Эффективный температурный коэффициент электрического сопротивления для нового материала составил 17,26 K^–1, то есть примерно на два порядка выше, чем в лучших из существующих сенсоров и в 300 раз выше, чем у любых электролитов!

Например, термодатчик позволяет определить расстояние до руки человека, измеряя тепловое излучение тела. Сеть таких датчиков может распознавать жесты

В работе термодатчика ETH Zurich используется эффект ионной проводимости в упорядоченной структуре, которую естественным образом создают пектины (показаны синим на иллюстрации Е), соединяя между собой микроволокна целлюлозы (показаны серым на иллюстрации Е) в оболочке клеток растения (оболочка показана серым на иллюстрации С). Структура изображена на схематических диаграммах и фотографиях с электронного микроскопа.

Пектиновая структура содержит катионы металлов, в том числе Ca2+. Они отвечают за связь пектиновых цепочек, и эта связь резко ухудшается при повышении температуры. В результате, количество свободных катионов сильно увеличивается, что сказывается на проводимости.

Внедрение углеродных нанотрубок позволяет сохранить естественные биоэлектрические свойства растения после смерти клеток, а также сохраняет материал при высоких температурах. Получившееся вещество исследователи назвали «кибердревесиной» (cyberwood).

В таблице показаны рекордные показатели температурного коэффициента электрического сопротивления нового материала при разной влажности, вплоть до полной дегидрации (влажность 0%). Сопротивление увеличивается примерно на три порядка при изменении температуры на 40°C!

Таблица в приложении к научной работе

Реакция материала на изменения температуры и влажности

Научная работа «Plant nanobionic materials with a giant temperature response mediated by pectin-Ca2+» опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Бесплатный доступ к статье осуществляется через известные сервисы.