Nové čidlo, založené na zajímavém holografickém konceptu, nás může rychle a intuitivně varovat před škodlivými plyny. V reálném čase vytvářený hologram varuje před jedovatými plyny. Připomeňme si, že holografie je metoda vytváření obrazu pomocí interference koherentního světelného záření. Koherentní znamená, že záření má stejnou vlnovou délku a je ve stejné fázi. Zdrojem takového záření je laser. Čidlo po ozáření laserem vytváří obraz usmívajícího se smajlíka. Za přítomnosti isopropanolu, který sloužil jako testovací sloučenina, se změní na varovný trojúhelník.

Základem čidla je hologram ze dvou vrstev. Horní vrstvu tvoří strukturovaný povrch z plastu s nanočásticemi oxidu titaničitého. Rozměry povrchových výstupků jsou srovnatelné s vlnovou délkou koherentního záření, takže umožňují vznik dobře definovaného interferenčního obrazce. O tom, zdali vznikne smajlík nebo varovný trojúhelník, rozhoduje vrstva kapalných krystalů z 4-kyano-4′-pentylbifenylu pod nimi. Na místě je drží zlatá mřížka o tloušťce 20 mikrometrů, takže nemohou odtéct. Molekuly isopropanolu vniknou mezi molekuly kapalného krystalu a uspořádanou strukturu rozhází. Tím změní optické vlastnosti vrstvy, takže se objeví výstražný trojúhelník.

Výhody a nevýhody

Malý a lehký hologram varuje před jedovatými plyny, takže ho můžeme nosit připnutý na pracovním oděvu nebo pomůckách. Třeba přímo na ochranných brýlích, jak vidíme na obrázku úplně nahoře. Detekční limit kolem 200 ppm je dostatečný. Odezva je velmi intuitivní, cena nevysoká, zařízení nekomplikované. Test proběhl zatím jen s isopropanolem a je otázka, zdali se podaří najít vhodné kapalné krystaly i pro další škodlivé sloučeniny a prvky. Zejména anorganické plyny jako prudce jedovatý oxid uhelnatý anebo třaskavý vodík mají mnohem menší molekuly. Narušení uspořádané struktury vrstvy kapalných krystalů by mohlo být mnohem menší, a tudíž hůře detekovatelné.

Šéf výzkumného týmu profesor Junsuk Rho z jihokorejské Pohangské univerzity vědy a technologií shrnuje: „Nově vyvinuté silně kompaktní snadno přenositelné plynové čidlo poskytuje intuitivnější holografickou vizuální výstrahu než konvenční zvukové nebo jednoduché světelné výstrahy. Předpokládáme, že bude zvláště efektivní v extrémnějších pracovních prostředích, kde je intenzivní hluk i osvětlení.“ Jméno univerzity v angličtině zní Pohang University of Science and Technology, korejsky Pohang Gonggwa Daehakgyo (포항공과대학교).

Inki Kim et al., Holographic metasurface gas sensors for instantaneous visual alarms, Science Advances 07 Apr 2021: Vol. 7, no. 15, eabe9943, DOI: 10.1126/sciadv.abe9943