Nowoczesne czujniki światłowodowe błyskawicznie wykryją zagrożenie biologiczne czy chemiczne lub zasygnalizują uszkodzenie materiałów konstrukcyjnych. O ich wyjątkowych właściwościach decydują pokrywające je nano warstwy, nad którymi pracują, m.in. naukowcy z Politechniki Warszawskiej.
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 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.
Oczekiwania te mogą z powodzeniem spełniać rozwiązania czujnikowe oparte na światłowodach. Światłowody są nie tylko lekkie, kompaktowei 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.
Celem badań 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 pochodzenia biologicznego. 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. Dzięki temu czujnik szybko informuje o nawet najdrobniejszych pęknięciach, które pojawiają się w monitorowanej konstrukcji.
Metody opracowane przez zespół Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej, 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: Politechnika Warszawska
