Innovatieve Kleurveranderende Fotonic Kristallen: De Toekomst van Slimme Sensortechnologie

Wetenschappers hebben kleurveranderende, flexibele fotonische kristallen ontwikkeld die gebruikt kunnen worden om sensoren te ontwikkelen die waarschuwen wanneer een aardbeving mogelijk volgt. De draagbare, robuuste en lage-kosten sensoren kunnen gevoelig reageren op licht, temperatuur, spanning, of andere fysieke en chemische stimuli, wat ze een veelbelovende optie maakt voor kosteneffectieve slimme visuele sensortoepassingen in diverse sectoren inclusief gezondheidszorg en voedselveiligheid.

De methode om fotonische kristallen te produceren die een minuscule hoeveelheid graphene bevatten, resulteert in een wijd scala aan gewenste kwaliteiten met outputs direct waarneembaar door het blote oog. Intens groen onder natuurlijk licht, veranderen de sensoren van kleur naar blauw wanneer ze worden gerekt of worden transparant na verhit te worden.

De mechanisch robuuste maar zachte, vrijstaande, en flexibele polymere-gebaseerde opalen bevatten oplossing-geëxfolieerde zuivere graphene. De wetenschappers haalden inspiratie uit de biomimicry-capaciteiten in vlinderwiepels, pauwveren, en keverschilden waar de kleur komt van structuur en niet van pigmenten.

Andere toepassingen omvatten tijd-temperatuur-indicatoren (TTI) voor intelligente verpakking waarin de sensoren een visuele indicatie geven als verwarmbare goederen, zoals voedsel of farmaceutica, ongewenste tijd-temperatuur-geschiedenissen hebben meegemaakt. De kristallen zijn extreem gevoelig voor zelfs een kleine temperatuurstijging tussen 20 en 100 °C.

De druk-responsive shape-memory kenmerken van de kristallen zijn aantrekkelijk voor biometrische en anti-contrefactie toepassingen. Het indrukken van de kristallen met een kaal vingertop kan vingerafdrukken met hoge precisie tonen met goed gedefinieerde riffels van de huid. De fotonische kristallen kunnen ook gebruikt worden als weefsel-scaffolds voor het begrijpen van menselijke biologie en ziekten. Als ze gefunctionaliseerd zijn met biomoleculen, kunnen ze fungeren als hooggevoelige point-of-care testapparaten voor respiratoire virussen, die goedkope, betrouwbare, gebruiksvriendelijke biosensing systemen bieden.

De sensoren hun mechanochromische respons stelt hun toepassing als lichaamssensoren mogelijk die kunnen helpen de techniek van atleten te verbeteren. De sensoren kunnen in een polsband gebruikt worden die van kleur verandert om patiënten aan te geven of hun zorgverlener de handen heeft gewassen voordat hij een onderzoeksruimte binnenkomt.