Tänk dig ett krockprov för bilar som använder testdummier överallt målade med ett ämne som kan ändra färg beroende på de stressnivåer som olika delar av dummys kroppar kommer att utstå. En sådan "färgkarta" kan ge viktig information till ingenjörer som designar säkrare bilar.
Eller föreställ dig basebollhandskar som när de bärs visar slagarna om de använder rätt tryck för att greppa sina fladdermöss, vilket resulterar i bättre prestanda.
Ny teknik utvecklad vid University of California, Riverside kan nu göra ovanstående och liknande idéer till verklighet. Verkligen, tekniken kan tillämpas för att förbättra vardagliga enheter, som smartphones, som för drift förlitar sig på rätt mängd tryck som appliceras på dem.
"Vi har utvecklat en högupplöst trycksensor som indikerar tryck genom att variera dess färg-en sensor som vi alla kan använda med bara våra ögon, "sa Yadong Yin, docent i kemi, vars laboratorium ledde forskningen.
Laboratoriet använde en självmonteringsmetod för att sno ihop guldnanopartiklar som de sedan inbäddade i en polymerfilm. Filmen deformeras när den trycks, sträcka guldnanopartikelsträngarna genom att öka separationen mellan angränsande guldnanopartiklar.
"Denna ökade separation förändrar hur nanopartiklarna interagerar med ljus, "Förklarade Yin." När de är sammanlänkade, guldnanopartiklarna verkar ursprungligen blåa. Men de växlar gradvis till rött med ökande tryck när nanopartiklarna börjar demontera. Detta hjälper oss enkelt och visuellt att räkna ut hur mycket tryck som har applicerats. "
Studieresultat visas den här månaden i Nano bokstäver .
Sensorn som Yins laboratorium utvecklat skiljer sig från kommersiellt tillgängliga trycksensorfilmer. De senare indikerar tryck genom att ändra intensiteten för bara en färg (t.ex. en ljusröd till en mörkare röd). De tenderar att vara svåra att tolka och har låg upplösning och kontrast.
Den nya tekniken ger en mosaik av färger som är lätt att urskilja och har fördelen av högre kontrast och upplösning. Det kan eventuellt användas i många säkerhetsanordningar för att avslöja tryckfördelning över även mycket komplexa ytor.
"De många elektroniska spänningssensorer som finns i handeln är skrymmande och inte lämpliga för vissa applikationer, "Sa Yin." Till exempel det är svårt att avgöra spänningsfördelningen över ett visst område om kontaktytorna inte är plana och enhetliga. Våra sensorfilmer kan målas på kontaktytorna så att färgvariansen i olika områden tydligt visar spänningsfördelningen över kontaktytan. "
Medan hans laboratorium använde guld i experimenten, silver och koppar kan också fungera, Yin tillagd. Sensorn som labbet utvecklat är en massiv plastfilm. Under stress, det deformeras som konventionell plast. Den nya färgen som uppstår kvarstår efter att stressen har tagits bort.
"Det är därför vi kallar det en" kolorimetrisk stressminnesensor, '"Sa Yin.
Ett av forskningsintressena för hans laboratorium är design av material med nya egenskaper via självmonteringsprocessen. Labbet tillverkar först nanopartiklar och organiserar dem sedan tillsammans för att producera nya egenskaper som härrör från partikel-partikelinteraktioner.
"När det gäller vår sensor, vi hittade inledningsvis ett sätt att organisera guldnanopartiklar tillsammans för att bilda strängar, "Sa Yin." Den processen åtföljs av en kraftig färgförändring från rött till blått. Vi spekulerade i att omvänd - demontering - processen kan ha omvänd färgändring:från blått till rött. Vi fann till vår förvåning att mekanisk kraft kunde uppnå denna demontering. Avsevärda ansträngningar har gjorts av forskare för att studera självmontering av nanopartiklar. Verkligen, guld nanopartiklar har konventionellt använts som sensorer baserade på självmonteringsprocessen. Det som är nytt med vårt arbete är att det visar att demonteringsprocessen också kan hitta bra applikationer om enheten är konstruerad för att vara reversibel. "
