Bærbare sensorer, der registrerer gaslækager

Gasulykker såsom giftig gaslækage på fabrikker, kulilte lækage af kedler, eller kvælning af giftig gas under rensning af mandehuller fortsætter med at kræve liv og forårsage skader. At udvikle en sensor, der hurtigt kan detektere giftige gasser eller biokemikalier, er stadig et vigtigt spørgsmål i folkesundheden, miljøovervågning, og militære sektorer. For nylig, et forskerhold hos POSTECH har udviklet en billig, ultrakompakt bærbar hologramsensor, der straks giver brugeren besked om påvisning af flygtig gas.

Et fælles forskerhold ledet af professor Junsuk Rho fra afdelinger for mekanisk og kemisk teknik og Dr. Inki Kim fra Institut for Maskinteknik med professor Young-Ki Kim og ph.d. kandidat Won-Sik Kim fra Institut for Kemiteknik hos POSTECH har integreret metasurface med gasreaktiv flydende krystal optisk modulator til at udvikle en sensor, der giver en øjeblikkelig visuel holografisk alarm, når der opdages skadelige gasser. Resultaterne fra denne undersøgelse blev offentliggjort i Videnskab fremskridt den 7. april, 2021.

For dem, der arbejder i farlige miljøer, såsom petrokemiske anlæg, gassensorer er liv. Imidlertid, konventionelle gasfølere er ikke meget udbredt på grund af deres høje omkostninger ved fremstilling med komplekse maskiner og elektroniske enheder. Ud over, kommercielle gassensorer har begrænsninger i, at de er vanskelige at bruge, og har dårlig transportabilitet og reaktionshastighed.

For at løse disse problemer, forskergruppen brugte metasurface, kendt som en fremtidig optisk enhed kendt for at have den usynlige kappeeffekt ved at få synlige objekter til at forsvinde ved at kontrollere lysets brydningsindeks. Metasurface bruges især til at transmittere tovejs hologrammer eller 3-D videobilleder ved frit at styre lys.

Ved hjælp af metasurface, forskergruppen udviklede en gassensor, der kan flyde en holografisk billedalarm i rummet på få sekunder ved at bruge polariseringskontrollen af ​​transmitteret lys, der transformeres på grund af ændringen i orienteringen af ​​flydende krystalmolekyler i det flydende krystallag inde i sensorenheden når de udsættes for gas. I øvrigt, denne gassensor udviklet af forskerholdet kræver ingen støtte fra eksterne mekaniske eller elektroniske enheder, i modsætning til andre konventionelle kommercielle gassensorer. Forskerne brugte isopropylalkohol som målfarlig gas, kendt som et giftigt stof, der kan forårsage mavesmerter, hovedpine, svimmelhed, og endda leukæmi.

Den nyudviklede sensor blev bekræftet at detektere selv den lille gasmængde på cirka 200 sider pr. Minut. I et faktisk eksperiment ved hjælp af en tavlemarkør, en flygtig gaskilde i vores daglige liv, en visuel holografisk alarm dukkede op øjeblikkeligt i det øjeblik markøren blev bragt til sensoren.

I øvrigt, forskergruppen udviklede en et-trins nanokompositudskrivningsmetode til fremstilling af denne fleksible og bærbare gassensor. Metaoverfladestrukturen, som tidligere blev behandlet på et hårdt substrat, blev designet til at muliggøre hurtig produktion med en et-trins nanokastningsproces på et buet eller fleksibelt substrat.

Når den fleksible sensor fremstillet ved hjælp af denne metode vedhæftes som et klistermærke på sikkerhedsbriller, den kan registrere gas og vise en hologramalarm. Det forventes at kunne integreres med AR-displaysystemer af glastype under udvikling hos Apple, Samsung, Google, og Facebook.

Gå et skridt videre, forskergruppen udvikler en højtydende miljøsensor, der kan vise typen og koncentrationen af ​​gasser eller biokemikalier i omgivelserne med en holografisk alarm, og studerer optiske designteknikker, der kan kode forskellige holografiske billeder. Hvis disse undersøgelser lykkes, de kan bruges til at reducere ulykker forårsaget af biokemiske eller gaslækager.

"Denne nyudviklede ultrakompakte bærbare gassensor giver en mere intuitiv holografisk visuel alarm end de konventionelle auditive eller simple lysalarmer, "bemærkede prof. Junsuk Rho." Det forventes at være særlig effektivt i mere ekstreme arbejdsmiljøer, hvor akustisk og visuel støj er intens. "