Il sistema ha la resilienza per resistere a condizioni molto dure, come temperature estreme, alta salinità, pressione variabile, radiazione intensa, prodotti chimici reattivi e/o elevata umidità. Credito:2020 KAUST
Gli ambienti difficili, inospitali per le tecnologie esistenti, potrebbero ora essere monitorati utilizzando sensori basati sul grafene. Un'intrigante forma di carbonio, il grafene comprende strati di anelli esagonali interconnessi di atomi di carbonio, una struttura che produce proprietà elettroniche e fisiche uniche con possibilità per molte applicazioni.
"Il grafene è stato progettato per anni come un materiale miracoloso, ma la sua applicazione in condizioni ambientali difficili era inesplorata, "dice Sohail Shaikh, chi ha sviluppato i nuovi sensori, insieme a Muhammad Hussain di KAUST.
"Le tecnologie dei sensori esistenti operano in una gamma molto limitata di condizioni ambientali, fallendo o diventando inaffidabile se c'è molta deviazione, " aggiunge Shaikh.
Il nuovo robusto sensore si basa sulle variazioni della resistenza elettrica del grafene in risposta al variare della temperatura, salinità e acidità di una soluzione misurata come pH. Il sistema è in grado di monitorare variabili aggiuntive, comprese la pressione e le portate d'acqua.
I ricercatori sottolineano che il rilevamento di più variabili può essere incorporato in un singolo dispositivo, aumentando notevolmente la sua utilità.
Il grafene viene trasferito su un foglio flessibile di polimero poliimmidico, e può essere collegato ad opportuni sistemi elettronici per raccogliere e trasmettere i segnali per qualunque variabile ambientale si stia monitorando. I dati potrebbero essere trasmessi in modalità wireless utilizzando la tecnologia Bluetooth standard.
La struttura dei sensori di grafene per il pH (in alto a sinistra), salinità (in basso a sinistra) e temperatura (a destra). Credito:2020 Shaikh e Hussain
Il più grande progresso pratico è nella resilienza del sistema che gli consente di tollerare temperature fino a 650 gradi Celsius, alta salinità, pressione variabile, radiazione intensa, prodotti chimici reattivi, elevata umidità o qualsiasi combinazione di queste condizioni. I sensori possono anche offrire vantaggi in termini di sensibilità, Per esempio, ottenendo un aumento della sensibilità del 260 percento nel rilevamento della temperatura rispetto a un'alternativa esistente.
Come spiega Hussain:"Il nostro studio è il primo a mostrare in modo decisivo le prospettive del grafene come materiale sensibile per una varietà di condizioni ambientali difficili".
Le probabili applicazioni del mondo reale includono il monitoraggio delle condizioni nell'acqua dell'oceano, fluidi corporei, l'industria petrolifera e del gas, esplorazione dello spazio, e molte situazioni che comportano l'esposizione a sostanze chimiche che danneggerebbero i sensori esistenti.
La struttura sottile e la flessibilità del sensore lo rendono adatto anche all'uso in tecnologie indossabili per subacquei e atleti, o in applicazioni mediche.
I ricercatori ritengono che i continui sviluppi che collegano i dispositivi elettronici con le tecnologie Internet of Things (IoT) e Internet of Everything (IoE) porteranno molte esigenze e opportunità per i loro sensori robusti e flessibili.
