Innovative farbwechselnde photonische Kristalle: Die Zukunft intelligenter Sensortechnologie

Wissenschaftler haben farbwechselnde, flexible photonische Kristalle entwickelt, die verwendet werden könnten, um Sensoren zu entwickeln, die vorhersagen, wann als Nächstes ein Erdbeben eintreten könnte. Die tragbaren, robusten und kostengünstigen Sensoren können empfindlich auf Licht, Temperatur, Dehnung oder andere physikalische und chemische Reize reagieren, was sie zu einer vielversprechenden Option für kosteneffektive intelligente visuelle Sensorbereiche in einer Reihe von Sektoren einschließlich Gesundheitswesen und Lebensmittelsicherheit macht.

Die Methode zur Herstellung photonischer Kristalle, die eine winzige Menge Graphen enthalten, führt zu einer breiten Palette wünschenswerter Eigenschaften mit Ausgaben, die direkt mit bloßem Auge beobachtbar sind. Intensiv grün bei natürlichem Licht, ändern die Sensoren die Farbe zu blau, wenn sie gedehnt werden, oder werden transparent nach Erhitzung.

Die mechanisch robusten, aber weichen, freistehenden und flexiblen polymerbasierten Opale enthalten lösungsmittel-exfoliertes reines Graphen. Die Wissenschaftler ließen sich von den Biomimikry-Fähigkeiten in Schmetterlingsflügeln, Pfauenfedern und Käferschalen inspirieren, wo die Farbe von der Struktur und nicht von Pigmenten kommt.

Weitere Anwendungen umfassen Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTI) für intelligente Verpackungen, bei denen die Sensoren einen visuellen Hinweis geben, wenn Verderbliches wie Lebensmittel oder Pharmazeutika unerwünschte Zeit-Temperatur-Verläufe erfahren haben. Die Kristalle sind extrem empfindlich gegenüber sogar einem kleinen Temperaturanstieg zwischen 20 und 100 °C.

Die druckreagierenden Formgedächtnis-Eigenschaften der Kristalle sind attraktiv für biometrische und Fälschungsschutz-Anwendungen. Das Drücken der Kristalle mit einem bloßen Finger kann Fingerabdrücke mit hoher Präzision enthüllen, die gut definierte Rillen der Haut zeigen. Die photonischen Kristalle können auch als Gewebegerüste für das Verständnis menschlicher Biologie und Krankheiten verwendet werden. Wenn sie mit Biomolekülen funktionalisiert werden, könnten sie als hochempfindliche Point-of-Care-Testgeräte für Atemwegsviren fungieren und kostengünstige, zuverlässige, benutzerfreundliche Biosensorsysteme bieten.

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