science >> Wetenschap >  >> Chemie

Zelfaangedreven papierchips kunnen helpen om vroegtijdig alarm te slaan voor bosbranden

Een sensor (witte strook) op een kamerplant activeert een alarm als er brand in de buurt is. Credit:Aangepast van ACS toegepaste materialen en interfaces 2020

Recente verwoestende branden in het Amazone-regenwoud en de Australische bush benadrukken de noodzaak om bosbranden in een vroeg stadium op te sporen, voordat ze uit de hand lopen. Huidige methoden zijn onder meer infraroodbeeldsatellieten, teledetectie, wachttorens en luchtpatrouilles, maar tegen de tijd dat ze alarm slaan, het kan te laat zijn. Nutsvoorzieningen, onderzoekers rapporteren in ACS toegepaste materialen en interfaces hebben zelfaangedreven 'papieren chips' ontwikkeld die vroege branden detecteren en een signaal doorgeven.

Eerder, wetenschappers hebben voorgesteld om een ​​netwerk van sensoren in het bos te plaatsen die veranderingen in temperatuur kunnen detecteren, rook of vochtigheid en zend draadloos een signaal naar hulpverleners. Echter, zo'n systeem leek nog niet praktisch omdat alle sensorcomponenten stroom nodig hebben. Batterijen zouden uiteindelijk dood gaan en moeten worden vervangen. Thermo-elektrische materialen, die temperatuurverschillen omzetten in elektriciteit, konden tegelijkertijd temperatuurstijgingen van branden en stroom zelf detecteren. Echter, de meeste van deze materialen zijn vaste anorganische halfgeleiders, die vaak duur zijn, rigide en milieuonvriendelijk. Yapei Wang en collega's wilden weten of ionische vloeistoffen kunnen worden gebruikt als thermo-elektrische materialen voor branddetectie. Deze vloeistoffen zijn zouten in vloeibare toestand, en twee verschillende soorten ionische vloeistoffen kunnen in serie worden geschakeld om signalen te genereren.

Om op papier gebaseerde thermo-elektrische sensoren te maken, de onderzoekers kozen twee ionische vloeistoffen die zich anders gedroegen als de temperatuur steeg:één geadsorbeerd aan het oppervlak van gouden elektroden, terwijl de andere desorbeerde, tegengestelde (positieve of negatieve) spanningen produceren. Ze zetten elke ionische vloeistof af als een inkt tussen twee gouden elektroden die op een stuk gewoon papier werden gesputterd. Wanneer in serie geschakeld, de twee ionische vloeistoffen produceerden een elektrisch signaal wanneer er een groot temperatuurverschil optrad, zoals bij een brand zou gebeuren. In een pilottest van de nieuwe sensor, de onderzoekers bevestigden er een aan een kamerplant. Toen ze een vlammend watje dicht bij de wortels van de plant plaatsten, de temperatuur aan de onderkant van de sensor liep snel op, het produceren van een spanningssignaal dat een aangesloten microcomputerchip draadloos naar een ontvanger verzendt. Bij het oppikken van het signaal, de ontvanger activeerde een geluidsalarm en een rood licht. De thermo-elektrische papierchips zijn goedkoop ($ 0,04), en de materialen zijn milieuvriendelijk, zeggen de onderzoekers.