Chemici van de Ludwig-Maximilians-Univeristaet (LMU) in München hebben een nieuw fotonisch kristal op basis van nanobladen gefabriceerd dat van kleur verandert als reactie op vocht. Het nieuwe materiaal zou de basis kunnen vormen voor vochtgevoelige contactloze besturing van interactieve schermen op digitale apparaten.

LMU-chemici hebben een fotonisch kristal ontwikkeld uit ultradunne nanosheets die extreem gevoelig zijn voor vocht. "Deze fotonische nanostructuren veranderen van kleur als reactie op variaties in lokale vochtigheid. Dit maakt ze ideale kandidaten voor de ontwikkeling van nieuwe gebruikersinterfaces voor touchless-apparaten, ", zegt professor Bettina Lotsch van de afdeling Chemie van LMU en het Max Planck Instituut voor Solid State Research in Stuttgart. Het nieuwe detectieplatform wordt beschreven in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

"De vochtigheid rond een vingertop is iets hoger dan het algemene vochtigheidsniveau in de omgevingslucht, " legt Katalin Szendrei uit, een lid van de onderzoeksgroep van prof. Lotsch. "Dit verschil kan worden gedetecteerd door onze fotonische sensor, en laat het van kleur veranderen - zonder enig contact met de nabije vingertop." Het is deze extreme gevoeligheid voor lokaal vocht die de nanostructuur zo interessant maakt voor gebruik in "touchless"-schermen. "Contactloze besturing is een bijzonder aantrekkelijke optie voor volgende- generatie-positioneringsinterfaces zoals kaartautomaten of geldautomaten, die dagelijks door honderden klanten worden gebruikt. In dit geval, touchless navigatie heeft duidelijke voordelen met betrekking tot hygiëne, " zegt Szendrei, wijzend op een mogelijke toepassing voor het nieuwe apparaat.

Ongeëvenaarde gevoeligheid en responstijd

Fotonische kristallen zijn periodiek gerangschikte nanostructuren die het vermogen hebben om te reflecteren, gids en beperk het licht. Ze komen ook voor in de biologische wereld, waar voorbeelden zijn onder meer parelmoer en de iriserende vleugelschubben van bepaalde vlinders, zoals de glinsterende Morpho-vlinders van het Amazonebekken. Lotsch en haar team hebben nu fotonische kristallen ontwikkeld op basis van nanosheets van fosfatoantimoonzuur. Het nieuwe nanomateriaal is extreem vochtgevoelig en tegelijkertijd chemisch stabiel, transparant en gemakkelijk te fabriceren tot nanosheets. In vergelijking met andere dampsensoren op basis van nanosheets, de nieuwe fotonische architectuur vertoont duidelijk verhoogde responstijden, hogere gevoeligheid en stabiliteit op lange termijn. "Deze unieke combinatie van eigenschappen stelt het in staat om vingerbewegingen in realtime te volgen en te kleuren, " zegt Pirmin Ganter, die ook in de groep van Bettina Lotsch werkt. In aanvulling, het nieuwe systeem is stabiel bij blootstelling aan lucht, en functioneert daarom niet alleen onder gecontroleerde omstandigheden in het laboratorium, maar ook in de voortdurend wisselende omgeving van de echte wereld.

Lotsch en haar medewerkers hebben al octrooibescherming aangevraagd voor het nieuwe apparaat en, samen met de Fraunhofer EMFT in München, ze werken al aan een prototype scherm dat, naast het voorzien in kleurcodering, zal ook worden uitgerust met een elektronische uitleesmogelijkheid.