Draagbare sensoren detecteren gaslekken

Gasongevallen - zoals het lekken van giftige gassen in fabrieken, koolmonoxidelekkage van ketels of verstikking van giftige gassen tijdens het schoonmaken van mangaten - blijven levens eisen en verwondingen veroorzaken. Het ontwikkelen van een sensor die snel giftige gassen of biochemicaliën kan detecteren, is nog steeds een belangrijke kwestie in de volksgezondheid, milieumonitoring en militaire sectoren. Een onderzoeksteam heeft een goedkope, ultracompacte, draagbare hologramsensor ontwikkeld die de gebruiker onmiddellijk op de hoogte stelt van detectie van vluchtige gassen.

De onderzoekers integreerden een meta-oppervlak met een gasreactieve vloeibare kristal optische modulator om een ​​sensor te ontwikkelen die een onmiddellijk visueel holografisch alarm geeft wanneer schadelijke gassen worden gedetecteerd. Conventionele gassensoren worden niet veel gebruikt vanwege hun hoge fabricagekosten. Bovendien hebben commerciële gassensoren beperkingen in die zin dat ze moeilijk te gebruiken zijn en een slechte draagbaarheid en reactiesnelheid hebben.

Lees een interview met de onderzoeker

Ingenieur Trevon Badloe vertelt Tech Briefs over het ontwerp van de draagbare sensor.

Om deze problemen op te lossen, gebruikte het team het meta-oppervlak - een optisch apparaat waarvan bekend is dat het een "onzichtbaar mantel" -effect heeft door zichtbare objecten te laten verdwijnen door de brekingsindex van licht te regelen. Het meta-oppervlak wordt vooral gebruikt om tweerichtingshologrammen of 3D-videobeelden te verzenden door licht vrijelijk te regelen.

Met behulp van het meta-oppervlak ontwikkelde het team een ​​gassensor die in slechts een paar seconden een holografisch beeldalarm in de ruimte kan laten zweven door gebruik te maken van de polarisatieregeling van doorvallend licht dat transformeert als gevolg van de verandering in oriëntatie van vloeibaar-kristalmoleculen in de vloeibare kristallaag binnenin het sensorapparaat bij blootstelling aan gas. Bovendien heeft de gassensor geen ondersteuning nodig van externe mechanische of elektronische apparaten, in tegenstelling tot andere conventionele commerciële gassensoren.

De onderzoekers gebruikten isopropylalcohol als het beoogde gevaarlijke gas dat bekend staat als een giftige stof die maagpijn, hoofdpijn, duizeligheid en zelfs leukemie kan veroorzaken. Er werd bevestigd dat de sensor zelfs de kleinste hoeveelheid van ongeveer 200 ppm gas detecteerde. In een echt experiment met een bordmarker - een vluchtige gasbron in ons dagelijks leven - verscheen er onmiddellijk een visueel holografisch alarm op het moment dat de marker naar de sensor werd gebracht.

Voor de productie van de flexibele, draagbare gassensor is een eenstaps-printmethode voor nanocomposiet ontwikkeld. De structuur van het meta-oppervlak, die eerder op een harde ondergrond werd verwerkt, is ontworpen om snelle productie mogelijk te maken met een nanocasting-proces in één stap op een gebogen of flexibel substraat. Wanneer de flexibele sensor die met deze methode is vervaardigd, als een sticker op een veiligheidsbril wordt bevestigd, kan deze gas detecteren en een hologramalarm weergeven. Verwacht wordt dat het kan worden geïntegreerd met AR-displaysystemen van het glastype die in ontwikkeling zijn bij Apple, Samsung, Google en Facebook.

Het team ontwikkelt een hoogwaardige omgevingssensor die het type en de concentratie van gassen of biochemicaliën in de omgeving kan weergeven met een holografisch alarm en bestudeert optische ontwerptechnieken die verschillende holografische afbeeldingen kunnen coderen. Als deze studies succesvol zijn, kunnen ze worden gebruikt om ongevallen veroorzaakt door biochemische of gaslekken te verminderen. Het zou vooral effectief zijn in extremere werkomgevingen waar akoestische en visuele ruis intens zijn.