Material für die nächste Generation intelligenter Sensoren

Wissenschaftler haben farbwechselnde, flexible photonische Kristalle entwickelt, die zur Entwicklung von Sensoren verwendet werden könnten, die warnen, wenn ein nächstes Erdbeben eintreten könnte. Die tragbaren, robusten und kostengünstigen Sensoren können empfindlich auf Licht, Temperatur, Belastung oder andere physikalische und chemische Reize reagieren, was sie zu einer vielversprechenden Option für kostengünstige intelligente visuelle Sensoranwendungen in einer Reihe von Sektoren, einschließlich Gesundheitswesen und Lebensmittelsicherheit, macht .

Die Methode zur Herstellung von photonischen Kristallen, die eine winzige Menge Graphen enthalten, führt zu einer Vielzahl wünschenswerter Eigenschaften, deren Ergebnisse direkt mit bloßem Auge erkennbar sind. Unter natürlichem Licht intensiv grün, verfärben sich die Sensoren blau, wenn sie gedehnt werden, oder werden transparent, wenn sie erhitzt werden.

Die mechanisch robusten und dennoch weichen, freistehenden und flexiblen Opale auf Polymerbasis enthalten lösungsabgeblättertes, makelloses Graphen. Die Wissenschaftler ließen sich von den biomimetischen Fähigkeiten von Schmetterlingsflügeln, Pfauenfedern und Käferpanzern inspirieren, bei denen die Farbe von der Struktur und nicht von Pigmenten herrührt.

Andere Anwendungen umfassen Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTI) für intelligente Verpackungen, bei denen die Sensoren visuell anzeigen, ob verderbliche Waren wie Lebensmittel oder Arzneimittel einen unerwünschten Zeit-Temperatur-Verlauf erfahren haben. Die Kristalle reagieren extrem empfindlich auf einen kleinen Temperaturanstieg zwischen 20 und 100 °C.

Die druckempfindlichen Formgedächtniseigenschaften der Kristalle sind attraktiv für biometrische und fälschungssichere Anwendungen. Das Drücken der Kristalle mit einem bloßen Finger kann Fingerabdrücke mit hoher Präzision zeigen, die gut definierte Rillen von der Haut zeigen. Die photonischen Kristalle können auch als Gewebegerüste zum Verständnis der menschlichen Biologie und Krankheit verwendet werden. Wenn sie mit Biomolekülen funktionalisiert werden, könnten sie als hochempfindliche Point-of-Care-Testgeräte für Atemwegsviren fungieren und kostengünstige, zuverlässige und benutzerfreundliche Biosensorsysteme bieten.

Die mechanochrome Reaktion der Sensoren ermöglicht ihre Anwendung als Körpersensoren, die helfen könnten, die Technik von Sportlern zu verbessern. Die Sensoren könnten in einem Armband verwendet werden, das die Farbe ändert, um den Patienten anzuzeigen, ob ihr Arzt sich vor dem Betreten eines Untersuchungsraums die Hände gewaschen hat.