2020-05-19 15:34:02
像孔雀一样下一代智能传感器的宝石

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科学家从蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的仿生学中汲取了灵感,开发出一种类似蛋白石的创新材料,该材料可能成为下一代智能传感器的基石。

由萨里大学和萨塞克斯大学领导的国际科学家团队开发了变色的柔性光子晶体,可用于开发传感器,以警告下一次地震可能发生。

可穿戴,坚固且低成本的传感器可以对光,温度,应变或其他物理和化学刺激做出敏感响应,使其成为医疗保健和食品安全等众多领域中具有成本效益的智能视觉传感应用的极有希望的选择。

在《高级功能材料》杂志上发表的一项研究中,研究人员概述了一种生产光子晶体的方法,该光子晶体包含极少量的石墨烯,可产生广泛的所需质量,并且可以用肉眼直接观察到输出。

多功能的传感器在自然光线下呈强烈的绿色,在拉伸时会变成蓝色,或者在加热后变成透明。

萨里大学工程与物理科学学院软物质物理讲师Izabela Jurewicz博士说:“这项工作首次提供了机械坚固但柔软,独立和灵活的,基于聚合物的蛋白石的实验性演示,该蛋白石包含溶液-这些原始晶体看起来很漂亮,但是它们对人们的生活产生巨大影响,我们也感到非常兴奋。”

萨塞克斯大学数学与物理科学学院实验物理教授艾伦·道尔顿(Alan Dalton)说:“我们的研究是从蝴蝶翅膀,孔雀羽毛和甲壳虫惊人的仿生能力中汲取灵感的,而这些模仿者的颜色来自结构和不是来自颜料。尽管自然界已经在数百万年的时间里开发出了这些材料,但我们却在更短的时间内逐渐追赶。”

在它们的许多潜在应用中有:

用于智能包装的时间温度指示器(TTI)-如果易腐食品(例如食品或药品)经历了不希望的时间温度历史记录,则传感器能够给出视觉指示。晶体对温度在20到100摄氏度之间的微小升高都非常敏感。

指纹分析-它们的压力响应形状记忆特性对于生物识别和防伪应用具有吸引力。裸露的手指按压晶体可以显示出高精确度的指纹,从皮肤上可以看到清晰的山脊。

生物传感—光子晶体可用作组织支架,以了解人类生物学和疾病。如果用生物分子功能化,可以用作呼吸道病毒的高度灵敏的即时检验设备,从而提供廉价,可靠,用户友好的生物传感系统。

生物/健康监测-传感器的机械变色响应使其可以用作身体传感器,从而有助于改善体育运动员的技术水平。

医疗保健的安全性—科学家建议传感器可以用在腕带中,该腕带会改变颜色,以告知患者其医护人员在进入检查室之前是否已经洗手。

该研究借鉴了材料物理小组(苏塞克斯大学)在二维纳米材料液体加工方面的专业知识,Soft Matter Group(萨里大学)在聚合物胶体方面的经验,并将其与先进技术研究所在光学建模方面的专业知识相结合。复杂的材料。两家大学都与总部位于萨塞克斯的公司Advanced Materials Development(AMD)Ltd合作,以将该技术商业化。

萨里大学软物质物理教授约瑟夫·科迪说:“聚合物颗粒用于制造日常对象,例如油墨和油漆。在这项研究中,我们能够以与可见光波长相当的距离精细分布石墨烯。并展示了添加少量的二维奇观材料如何导致新兴的新功能。”

Advanced Materials Development(AMD)Ltd.首席执行官John Lee表示:“鉴于这些晶体的多功能性,该方法代表了一种简单,廉价且可扩展的方法,可生产注入多功能石墨烯的合成蛋白石,并为新型纳米材料开辟了令人兴奋的应用领域基于光子学。我们很高兴能够在不久的将来将其推向市场。”

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