Газовый датчик из метаповрехности и жидких кристаллов | Популярный Университет

Газовый датчик из метаповрехности и жидких кристаллов

Учёные из Южной Кореи создали новый недорогой, ультракомпактный газовый сенсор с практически мгновенным откликом. Устройство позволит в считанные секунды обнаружить следовые количества опасных для жизни газообразных веществ. О своём изобретении исследователи сообщили в журнале Nature Advances.

Предприятия газовой отрасли относятся к числу наиболее опасных объектов промышленности. Газовые аварии, такие как утечки токсичного газа на заводе или утечки угарного газа из котлов, приводят к тяжёлым травмам и даже смертям людей. Проблема безопасности усугубляется ещё и тем, что известные на сегодня газовые сенсоры не находят широкого распространения ввиду их высокой стоимости, малой мобильности и трудной эксплуатации. Поэтому разработка новых сенсоров, способных в кратчайшие сроки уведомить человека о надвигающейся опасности, становится крайне важной задачей в сфере здравоохранения, мониторинга окружающей среды, а также в военном секторе. И решение именно этой крайне важной задачи удалось найти южнокорейским инженерам.

В своей инновационной работе они использовали жидкие кристаллы, которые производят “сигнал тревоги”, меняя свою пространственную ориентацию, и метаповерхность, которая преобразовывала свет от жидких кристаллов в понятный для человека визуальный символ опасности. Метаповерхностью называют наноразмерные диэлектрические или проводящие плёнки, в которые внедрены метаатомы — искусственные структуры относительно простой геометрической формы и размером в несколько нанометров. Свет, попадающий на такой материал, претерпевает ряд изменений, и в результате получается интерференционная картина — голографическое изображение, которое находится на высоте 10 микрон над метаповерхностью. Учёные создали такую метаповерхность из гидрогенизированного диоксида кремния (SiO2). В качестве метаатомов выступали выращенные на полученной плёнке наноразмерные антенны кубической формы и размером в 300 и 400 нанометров. Сам сенсор устроен таким образом, что жидкокристаллический слой расположен сразу под метаповерхностью. При этом картинка, которую производит метаповерхность из света от жидких кристаллов, зависит от конфигурации жидких кристаллов.  В отсутствие опасных газов жидкие кристаллы находятся в упорядоченном состоянии и на выходе получаем смайлик, информирующий о безопасности. Но как только на жидкокристаллический слой  попадают молекулы токсина, картинка тут же меняется на сигнал опасности — восклицательный знак, помещённый в треугольник.

Новый разработанный сенсор имеет отличную гибкость, и его можно будет наносить на любую поверхность. Исключительная чувствительность позволит уловить концентрацию газа в воздухе в несколько миллионных долей. Также учёные создали быстрый и доступный способ изготовления таких сенсоров в один шаг, так что устройство будет доступно практически всем.

В ближайшем будущем исследовательская группа собирается разработать высокопроизводительный датчик окружающей среды, который сможет отображать тип и уровень концентрации газов или биохимических веществ в окружающей среде с помощью голографической сигнализации.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: