Ruwe omgevingen die onherbergzaam zijn voor bestaande technologieën kunnen nu worden gemonitord met behulp van sensoren op basis van grafeen. Een intrigerende vorm van koolstof, grafeen bestaat uit lagen onderling verbonden hexagonale ringen van koolstofatomen, een structuur die unieke elektronische en fysieke eigenschappen oplevert met mogelijkheden voor vele toepassingen.

"Grafeen wordt al jaren geprojecteerd als een wondermateriaal, maar de toepassing ervan in zware omgevingsomstandigheden was onontgonnen, " zegt Sohail Shaikh, die de nieuwe sensoren heeft ontwikkeld, samen met KAUST's Muhammad Hussain.

"Bestaande sensortechnologieën werken in een zeer beperkt aantal omgevingsomstandigheden, falen of onbetrouwbaar worden als er veel afwijking is, ’ voegt Shaikh toe.

De nieuwe robuuste sensor vertrouwt op veranderingen in de elektrische weerstand van grafeen als reactie op variërende temperatuur, zoutgehalte en de zuurgraad van een oplossing gemeten als pH. Het systeem heeft de potentie om extra variabelen te monitoren, inclusief druk en waterdebiet.

De onderzoekers wijzen erop dat het detecteren van meerdere variabelen in een enkel apparaat kan worden opgenomen, het nut ervan enorm vergroten.

Het grafeen wordt overgebracht op een flexibel vel polyimidepolymeer, en het kan worden aangesloten op geschikte elektronische systemen om de signalen te verzamelen en te verzenden voor elke omgevingsvariabele die wordt bewaakt. De gegevens kunnen draadloos worden verzonden met behulp van standaard Bluetooth-technologie.

De grootste praktische vooruitgang zit in de veerkracht van het systeem waardoor het temperaturen tot 650 graden Celsius kan verdragen, hoog zoutgehalte, wisselende druk, intense straling, reactieve chemicaliën, hoge luchtvochtigheid of een combinatie van deze omstandigheden. De sensoren kunnen ook voordelen bieden in gevoeligheid, bijvoorbeeld, het bereiken van een gevoeligheidsverhoging van 260 procent in temperatuurwaarneming ten opzichte van een bestaand alternatief.

Zoals Hussain uitlegt:"Onze studie is de eerste die de vooruitzichten van grafeen als detectiemateriaal voor een verscheidenheid aan zware omgevingscondities beslissend laat zien."

Mogelijke toepassingen in de echte wereld zijn onder meer het monitoren van de omstandigheden in oceaanwater, lichaamssappen, de olie- en gasindustrie, ruimteonderzoek, en veel situaties met blootstelling aan chemicaliën die bestaande sensoren zouden beschadigen.

De dunne structuur en flexibiliteit van de sensor maken hem ook geschikt voor gebruik in draagbare technologieën voor duikers en atleten, of in medische toepassingen.

De onderzoekers zijn van mening dat de voortdurende ontwikkelingen die elektronische apparaten koppelen aan Internet of Things (IoT) en Internet of Everything (IoE)-technologieën, veel behoeften en kansen met zich meebrengen voor hun robuuste en flexibele sensoren.