Materiaal voor de volgende generatie slimme sensoren

Wetenschappers hebben kleurveranderende, flexibele fotonische kristallen ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om sensoren te ontwikkelen die waarschuwen wanneer een volgende aardbeving zou kunnen toeslaan. De draagbare, robuuste en goedkope sensoren kunnen gevoelig reageren op licht, temperatuur, spanning of andere fysieke en chemische stimuli, waardoor ze een veelbelovende optie zijn voor kosteneffectieve slimme visuele detectietoepassingen in een reeks sectoren, waaronder gezondheidszorg en voedselveiligheid .

De methode om fotonische kristallen te produceren die een minuscule hoeveelheid grafeen bevatten, resulteert in een breed scala aan gewenste eigenschappen met outputs die direct waarneembaar zijn met het blote oog. Intens groen onder natuurlijk licht, de sensoren veranderen van kleur naar blauw wanneer ze worden uitgerekt of worden transparant na verhitting.

De mechanisch robuuste maar toch zachte, vrijstaande en flexibele opalen op basis van polymeer bevatten oplossing-geëxfolieerd ongerept grafeen. De wetenschappers lieten zich inspireren door de biomimicry-capaciteiten in vlindervleugels, pauwenveren en keverschelpen, waarbij de kleur afkomstig is van structuur en niet van pigmenten.

Andere toepassingen zijn onder meer tijd-temperatuurindicatoren (TTI) voor intelligente verpakkingen waarbij de sensoren een visuele indicatie geven of bederfelijke goederen, zoals voedsel of farmaceutische producten, ongewenste tijd-temperatuurgeschiedenissen hebben gehad. De kristallen zijn extreem gevoelig voor zelfs een kleine temperatuurstijging tussen 20 en 100 °C.

De drukgevoelige vormgeheugenkenmerken van de kristallen zijn aantrekkelijk voor biometrische en anti-namaaktoepassingen. Door met een blote vinger op de kristallen te drukken, kunnen vingerafdrukken met hoge precisie worden onthuld die goed gedefinieerde ribbels van de huid laten zien. De fotonische kristallen kunnen ook worden gebruikt als weefselsteigers voor het begrijpen van menselijke biologie en ziekte. Als ze worden gefunctionaliseerd met biomoleculen, kunnen ze fungeren als zeer gevoelige point-of-care-testapparaten voor respiratoire virussen, en bieden ze goedkope, betrouwbare, gebruiksvriendelijke biosensing-systemen.

De mechanochrome respons van de sensoren maakt hun toepassing mogelijk als lichaamssensoren die de techniek bij atleten kunnen helpen verbeteren. De sensoren kunnen worden gebruikt in een polsbandje dat van kleur verandert om patiënten aan te geven of hun zorgverlener hun handen heeft gewassen voordat ze een onderzoekskamer binnengaan.