Учёные разработали многофункциональный датчик на основе полупроводниковых волокон, который имитирует все пять человеческих чувств. Разработанная технология найдёт применение в различных передовых областях, включая носимую электронику, Интернет вещей (IoT), электронные устройства и мягкую робототехнику.

Исследовательская группа создала полупроводниковый волоконный датчик, значительно превосходящий традиционные одномерные волоконные сенсоры по своей сложности и функциональности. Благодаря уникальной внутренней структуре волокон, датчик способен чутко реагировать на изменения во внешней среде, одновременно измеряя и отслеживая свет, химические показатели, давление и параметры окружающей среды, такие как pH (кислотность), содержание аммиака (NH3) и уровень механической деформации.

Источник: нейросеть DALL-E

Команда представила эти технологии как новую сенсорную платформу, способную одновременно определять и обрабатывать множество сигналов, подобно пяти человеческим чувствам. В ходе исследования были созданы волокна, которые могут свободно принимать трёхмерную форму благодаря специальному производственному процессу на основе дисульфида молибдена (MoS2). Примечательно, что трёхмерная спиральная структура волокон, естественным образом формирующаяся при их выравнивании в ленточную форму, позволяет точно контролировать их изгиб.

Изображения (a-f), демонстрирующие различные аспекты создания и применения волокон из дисульфида молибдена (MoS2). a) Схематическое изображение процесса мокрого прядения для изготовления спиральных волокон MoS2. b) Фотографии линейных и спиральных волокон MoS2, полученные с помощью оптического микроскопа и поляризационного оптического микроскопа (POM). c) Изображения чешуек MoS2, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) и атомно-силового микроскопа (AFM). d) График, показывающий спектры комбинационного рассеяния для объемного MoS2, нанесенных центрифугированием чешуек MoS2, а также изготовленных линейных и спиральных волокон MoS2. e) Изображения фотолюминесценции объёмного MoS2, нанесенных центрифугированием чешуек MoS2, а также изготовленных линейных и спиральных волокон MoS2. f) Иллюстрация применения спиральных волокон MoS2, встроенных в PDMS (полидиметилсилоксан), для создания мягких роботов. Источник: Advanced Fiber Materials (2024). DOI: 10.1007/s42765-024-00450-4

Изготовленные волокна продемонстрировали высокую эффективность благодаря выдающимся электромеханическим свойствам MoS2 и упорядоченной внутренней структуре. Более того, волокна показали потенциал для считывания разнообразной информации об окружающей среде, включая температуру в диапазоне от -40°C до +120°C с точностью до 0,1°C.

Профессор Бонхун Ким, соавтор разработки, отметил: «Это исследование существенно расширило спектр применения двумерных наноматериалов, таких как дисульфид молибдена. Мы продолжим изучение различных материалов и технологий, способных точно измерять сигналы, необходимые для носимых технологий».

Подробнее на iXBT