Czujniki opracowywane przez naukowców ze szwajcarskiego instytutu badawczego Empa zmieniają kolor pod wpływem temperatury. Biodegradowalne sensory zbudowane są z celulozy.
Elektroniczny świat stoi czujnikami
Bez przemyślanej sensoryki spory kawałek cywilizacji przestałby istnieć. Czujnikami stoi elektronika, robotyka, wszelakie maszyny i urządzenia. Diagnostyczne naklejki badają ludzkie zdrowie, samoloty nie wniosą się bez awioniki, rolnicy mogą lepiej panować nad nawilżeniem gleby dzięki czujnikom wilgoci, magnetycznymi sensorami badamy prace mózgu… urządzenia do wychwytywania i rejestrowania sygnałów są nam niezbędne. A naukowcy z Federalnego Laboratorium Badań Materiałów i Badań Naukowych zbudowali zupełnie nowy rodzaj czujnika, który jest biodegradowalny i wszechstronny w użyciu.
Czujniki opracowane przez szwajcarskich naukowców skupione są wokół substancji znanej jako hydroksypropyloceluloza (HPC), która jest już wykorzystywana jako nośnik aktywnych składników w produktach farmaceutycznych i żywności.
HPC tworzy ciekłe kryształy po zmieszaniu z wodą. Dzięki specyficznej mikrostrukturze tych kryształów odbijają one tylko określone długości fal widma światła widzialnego, co powoduje, że oglądane przez ludzkie oko wydają się mienić tymi kolorami. Ta sama zasada jest naturalnie wykorzystywana między innymi przez jaskrawo kolorowe skrzydła motyli.
Biodegradowalny sensor to idealny koncept w transporcie
Naukowcy odkryli, że możliwa jest zmiana koloru strukturalnego ciekłych kryształów po prostu poprzez zmianę ich temperatury. Mając to na uwadze, naukowcy z Empa dodali niewielką ilość nanorurek węglowych do mieszaniny HPC/woda, zwiększając jej przewodność elektryczną. W rezultacie po przyłożeniu napięcia do materiału jego temperatura wzrosła, a kryształy odpowiednio zmieniły kolor.
Po powiększeniu biodegradowalnej mieszanki poprzez dodanie do niej nanowłókien celulozowych możliwe było wydrukowanie materiału w 3D bez zmiany jego koloru strukturalnego lub przewodności. Do tej pory naukowcy wykorzystali tę technologię do wyprodukowania siedmiosegmentowego wyświetlacza numerycznego wraz z czujnikiem odkształcenia, który zmienia kolor w odpowiedzi na prąd piezoelektryczny generowany przez mechaniczne odkształcenie.
Nasze laboratorium opracowało już różne jednorazowe komponenty elektroniczne na bazie celulozy, takie jak baterie i czujniki. Po raz pierwszy udało nam się opracować wyświetlacz na bazie celulozy. Wciąż jednak istnieje wiele otwartych pytań dotyczących tego, w jaki sposób powstaje zabarwienie strukturalne i jak zmienia się ono w zależności od różnych dodatków i warunków środowiskowych.
Xavier Aeby, współautor badania
