Smuk som en påfugl:Ædelstenen til næste generation af smarte sensorer

Forskere har hentet inspiration fra biomimik af sommerfuglevinger og påfuglefjer for at udvikle et innovativt opallignende materiale, der kunne være hjørnestenen i næste generations smarte sensorer.

Et internationalt team af forskere, ledet af universiteterne i Surrey og Sussex, har udviklet farveskiftende, fleksible fotoniske krystaller, der kunne bruges til at udvikle sensorer, der advarer, hvornår et jordskælv kan ramme næste gang.

Den bærbare, robuste og billige sensorer kan reagere følsomt på lys, temperatur, belastning eller andre fysiske og kemiske stimuli, hvilket gør dem til en ekstremt lovende mulighed for omkostningseffektive smarte visuelle registreringsapplikationer i en række sektorer, herunder sundhedspleje og fødevaresikkerhed.

I en undersøgelse udgivet af tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer , forskere skitserer en metode til at producere fotoniske krystaller, der indeholder en minimal mængde grafen, hvilket resulterer i en lang række ønskværdige kvaliteter med output, der kan observeres direkte med det blotte øje.

Intens grøn under naturligt lys, de ekstremt alsidige sensorer skifter farve til blå, når de strækkes eller bliver gennemsigtige efter opvarmning.

Dr. Izabela Jurewicz, Underviser i Soft Matter Physics ved University of Surrey's Faculty of Engineering and Physical Sciences, sagde "Dette arbejde giver den første eksperimentelle demonstration af mekanisk robust, men alligevel blød, fritstående og fleksibel, polymerbaserede opaler indeholdende opløsningseksfolieret uberørt grafen. Selvom disse krystaller er smukke at se på, Vi er også meget begejstrede for den enorme indvirkning, de kan have på menneskers liv. "

Alan Dalton, Professor i eksperimentel fysik ved University of Sussex's School of Mathematical and Physical Sciences, sagde:""Vores forskning her har hentet inspiration fra de fantastiske biomimik-evner i sommerfuglevinger, påfuglefjer og billeskaller, hvor farven kommer fra struktur og ikke fra pigmenter. Mens naturen har udviklet disse materialer over millioner af år, indhenter vi langsomt det på en meget kortere periode."

Blandt deres mange potentielle applikationer er:

• Tid-temperaturindikatorer (TTI) til intelligent emballage – Sensorerne er i stand til at give en visuel indikation, hvis de er letfordærvelige, såsom mad eller lægemidler, har oplevet uønskede tid-temperatur-historier. Krystallerne er ekstremt følsomme over for selv en lille temperaturstigning mellem 20 og 100 grader C.
• Fingeraftryksanalyse – Deres trykfølsomme formhukommelsesegenskaber er attraktive til biometriske og anti-forfalskningsanvendelser. Ved at trykke på krystallerne med en bar finger kan fingeraftryk afsløres med høj præcision, der viser veldefinerede kanter fra huden.
• Bio-sensing—De fotoniske krystaller kan bruges som vævsstilladser til at forstå menneskelig biologi og sygdom. Hvis det er funktionaliseret med biomolekyler, kan det fungere som meget følsomt point-of-care testudstyr for luftvejsvira, hvilket giver billige, pålidelig, brugervenlige biosensing systemer.
• Bio-/sundhedsovervågning - Sensorernes mekanokromiske respons muliggør deres anvendelse som kropssensorer, hvilket kan hjælpe med at forbedre teknikken hos sportsspillere.
• Sundhedssikkerhed - Forskere foreslår, at sensorerne kan bruges i et håndledsbånd, som skifter farve for at indikere for patienterne, om deres læge har vasket deres hænder, før de går ind i et undersøgelsesrum.

Forskningen trækker på Materials Physics Groups (University of Sussex) ekspertise i væskebehandling af todimensionelle nanomaterialer, Soft Matter Groups (University of Surrey) erfaring med polymerkolloider og kombinerer det med ekspertise på Advanced Technology Institute inden for optisk modellering af komplekse materialer. Begge universiteter arbejder sammen med det Sussex-baserede selskab Advanced Materials Development (AMD) Ltd for at kommercialisere teknologien.

Joseph Keddie, Professor i Soft Matter Physics ved University of Surrey, sagde:"Polymerpartikler bruges til at fremstille hverdagsgenstande såsom blæk og maling. I denne forskning, vi var i stand til fint at fordele grafen i afstande, der kan sammenlignes med bølgelængderne af synligt lys og viste, hvordan tilføjelse af små mængder af det todimensionelle vidundermateriale fører til nye muligheder."

John Lee, CEO for Advanced Materials Development (AMD) Ltd, sagde:"I betragtning af disse krystallers alsidighed, denne metode repræsenterer en simpel, billig og skalerbar tilgang til at producere multifunktionelle grafeninfunderede syntetiske opaler og åbner op for spændende applikationer til ny nanomateriale-baseret fotonik. Vi er meget begejstrede for at kunne bringe det på markedet i nær fremtid. "