Een multisensorische, op grafeen gebaseerde huid kan voelen in extreme omgevingen waar andere sensoren niet kunnen worden gebruikt

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

“Grafeen wordt al jaren geprojecteerd als een wondermateriaal, maar de toepassing ervan in barre omgevingsomstandigheden was nog niet onderzocht”, zegt Sohail Shaikh, die de nieuwe sensoren heeft ontwikkeld, samen met Muhammad Hussain van KAUST.

“Bestaande sensortechnologieën werken in een zeer beperkt aantal omgevingsomstandigheden, falen of worden onbetrouwbaar als er veel afwijkingen zijn”, voegt Shaikh toe.

De nieuwe robuuste sensor is gebaseerd 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 bewaken, waaronder druk en waterstroomsnelheden.

De onderzoekers wijzen erop dat het detecteren van meerdere variabelen in één apparaat kan worden opgenomen, waardoor het nut ervan enorm toeneemt.

Het grafeen wordt overgebracht op een flexibel vel polyimidepolymeer en het kan worden aangesloten op geschikte elektronische systemen om de signalen te verzamelen en 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, een hoog zoutgehalte, wisselende druk, intense straling, reactieve chemicaliën, hoge vochtigheid of een combinatie van deze omstandigheden kan verdragen. De sensoren kunnen ook voordelen bieden op het gebied van gevoeligheid, bijvoorbeeld door een gevoeligheidstoename van 260 procent te bereiken in temperatuurmeting ten opzichte van een bestaand alternatief.

Zoals Hussain uitlegt: “Onze studie is de eerste die doorslaggevend de vooruitzichten van grafeen als detectiemateriaal voor een verscheidenheid aan zware omgevingsomstandigheden laat zien.”

Mogelijke toepassingen in de echte wereld zijn onder meer het bewaken van omstandigheden in oceaanwater, lichaamsvloeistoffen, de olie- en gasindustrie, ruimteverkenning 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 voortdurende ontwikkelingen die elektronische apparaten koppelen aan Internet of Things (IoT) en Internet of Everything (IoE) -technologieën veel behoeften en kansen zullen bieden voor hun robuuste en flexibele sensoren.