W ostatnich latach znacznie wzrosło zapotrzebowania na czujniki umożliwiające wczesne wykrywanie zagrożeń cywilizacyjnych pochodzenia biologicznego, chemicznego oraz takich, które szybko wykryją uszkodzenia materiałów konstrukcyjnych i budowlanych.
W ocenie dr hab. inż. Mateusza Śmietany z Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej od czujników oczekuje się przede wszystkim wysokiej czułości i niezawodności oraz możliwości pracy w wysokiej temperaturze czy silnym polu elektromagnetycznym. Jego zdaniem oczekiwania te mogą z powodzeniem spełniać rozwiązania czujnikowe oparte na światłowodach.
Światłowody są nie tylko lekkie, kompaktowe i bezpieczne dla użytkownika. Oprócz tego transmisja światła w światłowodzie jest niewrażliwa na zakłócające pola elektromagnetyczne, co jest szczególnie istotne w środowisku przemysłowym. Z kolei czujniki światłowodowe można z powodzeniem stosować w trudnodostępnych miejscach, gdzie panuje wysoka temperatura lub ciśnienie.
‒ Do powyższych zalet należy dodać zdolność do ciągłej jakościowej i ilościowej analizy zmian wielu parametrów otoczenia, wysoką czułość oraz długookresową niezawodność – wylicza badacz.
Celem badań dr hab. inż. Mateusza Śmietany, realizowanych na Politechnice Warszawskiej, jest opracowanie zarówno odpowiedniej technologii wytwarzania warstw na potrzeby niezawodnych czujników światłowodowych, jak i samych konstrukcji tych czujników. Prace badawcze już wkrótce będzie można prowadzić w Laboratorium Centralnym Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT w Warszawie.
Warstwy, którymi pokrywane są czujniki światłowodowe, pozwalają zainicjować lub podwyższyć czułość na wybrany czynnik, a także obniżyć wpływ innych czynników na uzyskiwany sygnał pomiarowy. Są one zazwyczaj bardzo cienkie, ich grubość sięga kilkudziesięciu nanometrów. Niektóre z nich mają porowatą strukturę, która pozwala na wnikanie molekuł mniejszych niż pory, również osiągające rozmiary nanometrów. Nanowarstwy mogą sprzyjać przyłączaniu się do czujnika białek, wirusów czy bakterii. Dzięki temu czujnik może zidentyfikować pojawiające się w danym miejscu szkodliwe dla człowieka czynniki pochodzenie biologicznego.
Jak wyjaśnia dr Śmietana, nanowarstwy mogą także modyfikować odpowiedź czujników światłowodowych wbudowanych w materiały konstrukcyjne.
‒ Deformacja takich materiałów, bądź w skrajnym przypadku ich uszkodzenie powoduje zmianę naprężenia lub ugięcia czujnika, która silnie wpływa na jego sygnał wyjściowy ‒ tłumaczy badacz. Dzięki temu czujnik szybko informuje o nawet najdrobniejszych pęknięciach, które pojawiają się w monitorowanej konstrukcji.
Metody opracowane przez zespół dr Śmietany pozwalają na wytworzenie cienkich i transparentnych optycznie warstw. Należą do nich: warstwy węglowe np. nanokrystaliczny diament i warstwy diamentopodobne; a także tlenki i azotki metali: tytanu, aluminium oraz półprzewodników, np. krzemu.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
