Gasongevallen zoals lekkage van giftig gas in fabrieken, koolmonoxide lekkage van ketels, of verstikking door 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, milieu Controle, en militaire sectoren. Onlangs, een onderzoeksteam van POSTECH heeft een goedkope, ultracompacte draagbare hologramsensor die de gebruiker onmiddellijk op de hoogte stelt van detectie van vluchtig gas.

Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van professor Junsuk Rho van de afdelingen werktuigbouwkunde en chemische technologie en dr. Inki Kim van de afdeling werktuigbouwkunde met professor Young-Ki Kim en Ph.D. kandidaat Won-Sik Kim van de afdeling Chemische Technologie bij POSTECH heeft metasurface geïntegreerd met gasreactieve vloeibare kristal optische modulator om een ​​sensor te ontwikkelen die een onmiddellijk visueel holografisch alarm geeft wanneer schadelijke gassen worden gedetecteerd. De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang op 7 april 2021.

Voor degenen die in gevaarlijke omgevingen werken, zoals petrochemische fabrieken, gassensoren zijn leven. Echter, conventionele gassensoren worden niet veel gebruikt vanwege hun hoge kosten om te worden gemaakt met complexe machines en elektronische apparaten. In aanvulling, commerciële gassensoren hebben beperkingen omdat ze moeilijk te gebruiken zijn, en hebben een slechte draagbaarheid en reactiesnelheid.

Om deze problemen op te lossen, het onderzoeksteam gebruikte het meta-oppervlak, bekend als een toekomstig optisch apparaat waarvan bekend is dat het het onzichtbare manteleffect heeft door zichtbare objecten te laten verdwijnen door de brekingsindex van licht te regelen. Metasurface wordt vooral gebruikt om tweerichtingshologrammen of 3D-videobeelden door te sturen door licht vrijelijk te regelen.

Met behulp van het meta-oppervlak, het onderzoeksteam ontwikkelde een gassensor die in slechts een paar seconden een holografisch beeldalarm in de ruimte kan laten zweven door gebruik te maken van de polarisatiecontrole van doorvallend licht dat transformeert als gevolg van de verandering in oriëntatie van vloeibaar-kristalmoleculen in de vloeibaar-kristallaag in het sensorapparaat bij blootstelling aan gas. Bovendien, deze door het onderzoeksteam ontwikkelde gassensor vereist geen ondersteuning van externe mechanische of elektronische apparaten, in tegenstelling tot andere conventionele commerciële gassensoren. De onderzoekers gebruikten isopropylalcohol als het beoogde gevaarlijke gas, bekend als een giftige stof die maagpijn kan veroorzaken, hoofdpijn, duizeligheid, en zelfs leukemie.

De nieuw ontwikkelde sensor kon zelfs de kleinste hoeveelheid gas van ongeveer 200 ppm detecteren. In een echt experiment met een bordmarker, een vluchtige gasbron in ons dagelijks leven, een visueel holografisch alarm verscheen onmiddellijk op het moment dat de marker naar de sensor werd gebracht.

Bovendien, het onderzoeksteam ontwikkelde een eenstaps nanocomposiet printmethode om deze flexibele en draagbare gassensor te produceren. De structuur van het metaoppervlak, die voorheen 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, het kan gas detecteren en een hologramalarm weergeven. Het zal naar verwachting integreerbaar zijn met AR-displaysystemen van het glastype die in ontwikkeling zijn bij Apple, Samsung, Google, en Facebook.

Een stap verder gaan, het onderzoeksteam 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 onderzoeken slagen, ze kunnen worden gebruikt om ongevallen veroorzaakt door biochemische of gaslekken te verminderen.

"Deze nieuw ontwikkelde ultracompacte draagbare gassensor biedt een intuïtiever holografisch visueel alarm dan de conventionele auditieve of eenvoudige lichtalarmen, " merkte prof. Junsuk Rho op. "Het is naar verwachting vooral effectief in extremere werkomgevingen waar akoestische en visuele ruis intens zijn."