Wetenschappers hebben zich laten inspireren door de biomimicry van vlindervleugels en pauwenveren om een ​​innovatief opaalachtig materiaal te ontwikkelen dat de hoeksteen zou kunnen zijn van de volgende generatie slimme sensoren.

Een internationaal team van wetenschappers, geleid door de universiteiten van Surrey en Sussex, heeft kleurveranderende, flexibele fotonische kristallen 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 zeer veelbelovende optie zijn voor kosteneffectieve slimme visuele detectietoepassingen in een reeks sectoren, waaronder de gezondheidszorg en voedselveiligheid.

In een studie gepubliceerd door het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen , onderzoekers schetsen een methode om fotonische kristallen te produceren die een minuscule hoeveelheid grafeen bevatten, wat resulteert in een breed scala aan gewenste eigenschappen met outputs die direct waarneembaar zijn met het blote oog.

Intens groen onder natuurlijk licht, de uiterst veelzijdige sensoren veranderen van kleur naar blauw wanneer ze worden uitgerekt of worden transparant na verhitting.

Dr. Izabela Jurewicz, Docent in Soft Matter Physics aan de Faculteit Ingenieurswetenschappen en Exacte Wetenschappen van de Universiteit van Surrey, zei:"Dit werk biedt de eerste experimentele demonstratie van mechanisch robuust en toch zacht, vrijstaand en flexibel, op polymeer gebaseerde opalen die in oplossing geëxfolieerd ongerept grafeen bevatten. Hoewel deze kristallen mooi zijn om naar te kijken, we zijn ook erg enthousiast over de enorme impact die ze kunnen hebben op het leven van mensen."

Alan Dalton, hoogleraar experimentele fysica aan de School of Mathematical and Physical Sciences van de University of Sussex, zei:""Ons onderzoek hier is geïnspireerd op de verbazingwekkende biomimicry-capaciteiten in vlindervleugels, pauwenveren en keverschelpen waarbij de kleur uit structuur komt en niet uit pigmenten. Terwijl de natuur deze materialen in de loop van miljoenen jaren heeft ontwikkeld, maken we langzaam een ​​inhaalslag in een veel kortere periode."

Onder hun vele mogelijke toepassingen zijn:

• Tijd-temperatuurindicatoren (TTI) voor intelligente verpakkingen—De sensoren kunnen een visuele indicatie geven van bederfelijke, zoals voedsel of geneesmiddelen, ongewenste geschiedenissen van tijd en temperatuur hebben meegemaakt. De kristallen zijn extreem gevoelig voor zelfs een kleine temperatuurstijging tussen 20 en 100 graden C.
• Vingerafdrukanalyse - Hun drukgevoelige vormgeheugenkenmerken 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.
• Bio-sensing—De fotonische kristallen kunnen worden gebruikt als weefselsteigers voor het begrijpen van de menselijke biologie en ziekte. Indien gefunctionaliseerd met biomoleculen, zouden ze kunnen fungeren als zeer gevoelige point-of-care-testapparaten voor respiratoire virussen die goedkope, betrouwbaar, gebruiksvriendelijke biosensing-systemen.
• Bio-/gezondheidsmonitoring—De mechanische respons van de sensoren maakt hun toepassing als lichaamssensoren mogelijk, wat kan helpen bij het verbeteren van de techniek bij sportspelers.
• Veiligheid in de gezondheidszorg - Wetenschappers suggereren dat de sensoren kunnen worden gebruikt in een polsband die van kleur verandert om aan patiënten aan te geven of hun zorgverlener hun handen heeft gewassen voordat ze een onderzoekskamer binnengaan.

Het onderzoek is gebaseerd op de expertise van de Materials Physics Group (University of Sussex) in de vloeistofverwerking van tweedimensionale nanomaterialen, Soft Matter Group's (Universiteit van Surrey) ervaring in polymeercolloïden en combineert deze met expertise van het Advanced Technology Institute in optische modellering van complexe materialen. Beide universiteiten werken samen met het in Sussex gevestigde bedrijf Advanced Materials Development (AMD) Ltd om de technologie te commercialiseren.

Joseph Keddie, Hoogleraar Soft Matter Physics aan de Universiteit van Surrey, zei:"Polymeerdeeltjes worden gebruikt om alledaagse voorwerpen zoals inkten en verven te vervaardigen. In dit onderzoek, we waren in staat grafeen fijn te verdelen op afstanden die vergelijkbaar zijn met de golflengten van zichtbaar licht en lieten zien hoe het toevoegen van kleine hoeveelheden van het tweedimensionale wondermateriaal leidt tot nieuwe mogelijkheden."

John Lee, CEO van Advanced Materials Development (AMD) Ltd, zei:"Gezien de veelzijdigheid van deze kristallen, deze methode vertegenwoordigt een eenvoudige, goedkope en schaalbare benadering om multifunctionele met grafeen doordrenkte synthetische opalen te produceren en opent spannende toepassingen voor nieuwe op nanomaterialen gebaseerde fotonica. We zijn erg enthousiast dat we het in de nabije toekomst op de markt kunnen brengen."