Kemister vid Ludwig-Maximilians-Univeristaet (LMU) i München har tillverkat en ny nanoarkbaserad fotonisk kristall som ändrar färg som svar på fukt. Det nya materialet kan ligga till grund för fuktkänslig kontaktlös styrning av interaktiva skärmar på digitala enheter.

LMU-kemister har utvecklat en fotonisk kristall från ultratunna nanoskivor som är extremt känsliga för fukt. "Dessa fotoniska nanostrukturer ändrar färg som svar på variationer i lokal luftfuktighet. Detta gör dem till idealiska kandidater för utveckling av nya användargränssnitt för beröringsfria enheter, " säger professor Bettina Lotsch vid Institutionen för kemi vid LMU och Max Planck Institute for Solid State Research i Stuttgart. Den nya avkänningsplattformen beskrivs i tidskriften Avancerade material .

"Luftfuktigheten runt en fingertopp är något högre än den totala fuktnivån i den omgivande luften, " förklarar Katalin Szendrei, medlem av prof. Lotschs forskargrupp. "Denna skillnad kan upptäckas av vår fotoniska sensor, och får den att ändra färg - utan någon kontakt med den närliggande fingertoppen." Det är denna extrema känslighet för lokal fukt som gör nanostrukturen så intressant att använda i "beröringsfria"-skärmar. "Kontaktlös kontroll är ett särskilt attraktivt alternativ för nästa- generationspositioneringsgränssnitt som biljettautomater eller kontantautomater, som används av hundratals kunder varje dag. I detta fall, beröringsfri navigering har uppenbara fördelar med avseende på hygien, säger Szendrei, pekar på en potentiell applikation för den nya enheten.

Oöverträffad känslighet och responstid

Fotoniska kristaller är periodiskt arrangerade nanostrukturer som har förmågan att reflektera, styra och begränsa ljuset. De finns också i den biologiska världen, där exempel inkluderar pärlemor och skimrande vingfjäll hos vissa fjärilar, som de skimrande Morpho-fjärilarna i Amazonasbassängen. Lotsch och hennes team har nu utvecklat fotoniska kristaller baserade på nanoskivor av fosfatoantimonsyra. Det nya nanomaterialet är extremt fuktkänsligt och samtidigt kemiskt stabilt, transparent och lätt att tillverka till nanoark. I jämförelse med andra ångsensorer baserade på nanoark, den nya fotoniska arkitekturen visar markant ökade svarstider, högre känslighet och långsiktig stabilitet. "Denna unika kombination av egenskaper gör det möjligt för den att spåra och färgkoda fingerrörelser i realtid, " säger Pirmin Ganter, som också jobbar i Bettina Lotschs grupp. Dessutom, det nya systemet är stabilt vid exponering för luft, och fungerar därför inte bara under kontrollerade förhållanden i laboratoriet utan också i den ständigt varierande miljön i den verkliga världen.

Lotsch och hennes medarbetare har redan ansökt om patentskydd för den nya enheten och, tillsammans med Fraunhofer EMFT i München, de arbetar redan på en prototypskärm som, förutom att tillhandahålla färgkodning, kommer också att vara utrustad med en elektronisk avläsningsmöjlighet.