Elastyczne, drukowane czujniki wykryją podwodne zagrożenie

Elastyczne, drukowane czujniki wykryją podwodne zagrożenie

Naukowcy z University of California, San Diego (UCSD) udowadniają, że dzięki przełomowym osiągnięciom w nanoinżynierii są w stanie wytworzyć materiały i obwody tak elastyczne, że mogą one być naciągane, naciskane, a nawet wykrzywiane, a mimo to wciąż będą funkcjonować poprawnie; nawet pod wodą.

Joseph Wang z UCSD nadrukował czujnik elektrochemiczny w postaci cienkiej powłoki na elastyczny materiał, otwierając drogę nanourządzeniom do wykrywania podwodnych materiałów wybuchowych czy zanieczyszczeń.

„Od dawna interesujemy się elektrochemicznym monitorowaniem dla zastosowań medycznych oraz związanych z bezpieczeństwem.” – stwierdził Wang. „Przez ostatnie trzy lata pracowaliśmy nad elastycznymi, nadrukowywanymi czujnikami, a teraz umożliwiliśmy im pracę pod wodą.” – dodał.

Wynikiem prac zespołu Wanga było skonstruowanie przeznaczonych do noszenia czujników elektrochemicznych do analizy środowisk morskich ‘na miejscu’, nadrukowywanych na neoprenowe ubrania.

„Każdy chcący dokonywać chemicznych odczytów pod wodą zmuszony jest zwykle do dźwigania przenośnego analizatora wykrywającego zanieczyszczenia.” – stwierdził Wang. „Zamiast tego, nadrukowaliśmy czujnik z trzema elektrodami bezpośrednio na ramieniu kombinezonu, a wewnątrz neoprenu umieściliśmy trzywoltową baterię i całą elektronikę.” – dodał.

Czujniki elektrochemiczne wykorzystują napięcie do wywołania reakcji redox w badanej substancji, która traci lub zyskuje elektrony, a następnie mierzą prąd wyjściowy. Nadające się do noszenia mikroczujniki zapewniają wizualną informację i ostrzeżenie o przekroczonych progach. Jest to możliwe dzięki zmieszaniu różnych enzymów w powłoce węglowego tuszu zanim zostanie ona nadrukowana na materiał.

Cała elektronika zawarta jest w urządzeniu znanym jako potencjostat, mierzącym 19 na 19 milimetrów.

Wang podczas prób przetestował działanie swoich czujników pod kątem trzech zagrożeń: toksycznego metalu (miedzi), popularnego zanieczyszczenia przemysłowego (fenol) oraz dynamitu.

Według naukowców neopren jest szczególnie dobrym materiałem, gdyż jest elastyczny i wodoodporny. Pozwala na nadruk w wysokiej rozdzielczości bez widocznych defektów.

Nawet pod wodą i narażone na wykrzywianie, czujniki wciąż działały dobrze. „Wciąż musimy je poprawiać i testować wspólnie z marynarką.” – stwierdził Wang. „Pomimo, iż głównym obiektem zainteresowania będzie wykrywanie materiałów wybuchowych, marynarka w zatoce San Diego wykryła również duże stężenie toksycznych metali pochodzących z farb, którymi pokryte są okręty, a zatem w zasadzie powinniśmy być w stanie drukować czujniki, które będą w stanie wykrywać metale i materiały wybuchowe równocześnie.” – dodał.

(lk)