Les capteurs portables détectent les fuites de gaz

Les accidents liés au gaz, tels que les fuites de gaz toxiques dans les usines, les fuites de monoxyde de carbone des chaudières ou la suffocation par des gaz toxiques lors du nettoyage des regards de visite, continuent de faire des victimes et de causer des blessures. Le développement d'un capteur capable de détecter rapidement des gaz toxiques ou des produits biochimiques reste un enjeu important dans les secteurs de la santé publique, de la surveillance de l'environnement et de l'armée. Une équipe de recherche a développé un capteur holographique portable, ultra-compact et peu coûteux qui avertit immédiatement l'utilisateur de la détection de gaz volatils.

Les chercheurs ont intégré une métasurface avec un modulateur optique à cristaux liquides réactif aux gaz pour développer un capteur qui fournit une alarme holographique visuelle immédiate lorsque des gaz nocifs sont détectés. Les dispositifs de détection de gaz conventionnels ne sont pas largement utilisés en raison de leur coût de fabrication élevé. De plus, les capteurs de gaz commerciaux ont des limites dans la mesure où ils sont difficiles à utiliser et ont une portabilité et une vitesse de réaction médiocres.

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L'ingénieur Trevon Badloe raconte Tech Briefs sur la conception du capteur portable.

Pour résoudre ces problèmes, l'équipe a utilisé la métasurface - un dispositif optique connu pour avoir un effet de "masque invisible" en faisant disparaître les objets visibles en contrôlant l'indice de réfraction de la lumière. La métasurface est notamment utilisée pour transmettre des hologrammes bidirectionnels ou des images vidéo 3D en contrôlant librement la lumière.

À l'aide de la métasurface, l'équipe a développé un capteur de gaz capable de faire flotter une alarme d'image holographique dans l'espace en quelques secondes seulement en utilisant le contrôle de polarisation de la lumière transmise qui se transforme en raison du changement d'orientation des molécules de cristaux liquides dans la couche de cristaux liquides à l'intérieur. le dispositif capteur lorsqu'il est exposé au gaz. De plus, le capteur de gaz ne nécessite aucun support d'appareils mécaniques ou électroniques externes, contrairement aux autres capteurs de gaz commerciaux conventionnels.

Les chercheurs ont utilisé l'alcool isopropylique comme gaz dangereux cible connu comme une substance toxique pouvant causer des douleurs à l'estomac, des maux de tête, des étourdissements et même la leucémie. Le capteur a été confirmé pour détecter même la quantité infime d'environ 200 ppm de gaz. Dans une expérience réelle utilisant un marqueur de tableau - une source de gaz volatil dans notre vie quotidienne - une alarme holographique visuelle s'est déclenchée instantanément au moment où le marqueur a été amené au capteur.

Une méthode d'impression nanocomposite en une étape a été développée pour produire le capteur de gaz flexible et portable. La structure de la métasurface, qui était auparavant traitée sur un substrat dur, a été conçue pour permettre une production rapide avec un processus de nanomoulage en une seule étape sur un substrat incurvé ou flexible. Lorsque le capteur flexible fabriqué à l'aide de cette méthode se fixe comme un autocollant sur des lunettes de sécurité, il peut détecter le gaz et afficher une alarme holographique. Il devrait pouvoir être intégré aux systèmes d'affichage AR de type verre en cours de développement chez Apple, Samsung, Google et Facebook.

L'équipe développe un capteur environnemental haute performance capable d'afficher le type et le niveau de concentration de gaz ou de produits biochimiques dans l'environnement avec une alarme holographique et étudie des techniques de conception optique capables d'encoder diverses images holographiques. Si ces études réussissent, elles peuvent être utilisées pour réduire les accidents causés par des fuites biochimiques ou de gaz. Il serait particulièrement efficace dans des environnements de travail plus extrêmes où le bruit acoustique et visuel est intense.