Upprepande band med större densitet ger denna bunt med kol nanofiber fotoniska kristaller en karakteristisk färg. När de porösa fibrerna absorberar kemikalier, de ändrar färg, gör materialet till en känslig optisk sensor för kemiska ångor. Upphovsman:Timothy Kelly, UCSD kemi och biokemi
En ny typ av sensor kan varna räddningspersonal när kolfilter i andningsskydden de bär för att undvika inandning av giftiga ångor har blivit farligt mättade.
I ett nytt nummer av tidningen Avancerade material , ett team av forskare från University of California, San Diego och Tyco Electronics beskriver hur de tillverkade kolnanostrukturerna och visar deras potentiella användning som mikrosensorer för flyktiga organiska föreningar.
Första respondenterna skyddar sig från sådana ångor, vars sammansättning ofta är okänd, genom att andas genom en behållare fylld med aktivt kol - en gasmask.
Luftburna gifter fastnar vid kolet i filtret, fånga de farliga materialen.
När filtren blir mättade, kemikalier börjar passera. Andningsskyddet kan då göra mer skada än nytta genom att ge en illusion av säkerhet. Men det finns inget enkelt sätt att avgöra när filtret är förbrukat. Nuvarande säkerhetsprotokoll baserar tidpunkten för filterbyten på hur länge användaren har burit masken.
"De nya sensorerna skulle ge en mer exakt avläsning av hur mycket material kolet i filtren faktiskt har absorberat, "sa lagledaren Michael Sailor, professor i kemi och biokemi och bioingenjör vid UC San Diego. "Eftersom dessa kolnanofibrer har samma kemiska egenskaper som aktivt kol som används i andningsskydd, de har en liknande förmåga att absorbera organiska föroreningar. "
Porösa fotoniska kristallmikrosensorpartiklar på ändarna av optiska fibrer kan detektera organiska föroreningar. Upphovsman:Brian King, UCSD kemi och biokemi
Sjömans team samlade nanofibrerna i upprepande strukturer som kallas fotoniska kristaller som återspeglar specifika våglängder, eller färger, av ljus. Vingarna på Morpho -fjärilen, som ger insekten sin lysande iriserande färg, är naturliga exempel på denna typ av struktur.
Sensorerna är också en iriserande färg, snarare än svart som vanligt kol. Den färgen ändras när fibrerna absorberar toxiner - en synlig indikation på deras förmåga att absorbera ytterligare kemikalier.
Byrån som certifierar andningsskydd i USA, National Institute of Occupational Safety and Health, har länge sökt en sådan sensor men designkraven för en liten, känslig, billig enhet som kräver lite ström, har visat sig vara svårt att möta.
Materialen som laget tillverkade är mycket tunna - mindre än halva bredden av ett människohår. Sailors grupp har tidigare placerat liknande fotoniska sensorer på spetsarna av optiska fibrer som är mindre än en millimeter tvärs över och visat att de kan sättas in i respiratorpatroner. Och kristallerna är tillräckligt känsliga för att detektera kemikalier som toluen vid koncentrationer så låga som en del per miljon.
