Le système a la résilience pour résister à des conditions très difficiles, comme les températures extrêmes, haute salinité, pression variable, rayonnement intense, produits chimiques réactifs et/ou humidité élevée. Crédit : 2020 KAUST
Les environnements difficiles et inhospitaliers aux technologies existantes pourraient désormais être surveillés à l'aide de capteurs à base de graphène. Une forme intrigante de carbone, le graphène comprend des couches d'anneaux hexagonaux interconnectés d'atomes de carbone, une structure qui donne des propriétés électroniques et physiques uniques avec des possibilités pour de nombreuses applications.
"Le graphène est projeté comme un matériau miracle depuis des années maintenant, mais son application dans des conditions environnementales difficiles était inexplorée, " dit Sohail Shaikh, qui a développé les nouveaux capteurs, avec Muhammad Hussain de KAUST.
« Les technologies de capteurs existantes fonctionnent dans une gamme très limitée de conditions environnementales, échouer ou devenir peu fiable s'il y a beaucoup d'écart, " ajoute Cheikh.
Le nouveau capteur robuste repose sur les changements de la résistance électrique du graphène en réponse aux variations de température, la salinité et l'acidité d'une solution mesurée en pH. Le système a le potentiel de surveiller des variables supplémentaires, y compris la pression et les débits d'eau.
Les chercheurs soulignent que la détection de plusieurs variables peut être intégrée dans un seul appareil, augmentant considérablement son utilité.
Le graphène est transféré sur une feuille souple de polymère polyimide, et il peut être connecté à des systèmes électroniques appropriés pour collecter et transmettre les signaux pour n'importe quelle variable environnementale surveillée. Les données pourraient être transmises sans fil à l'aide de la technologie Bluetooth standard.
La structure des capteurs de graphène pour le pH (en haut à gauche), salinité (en bas à gauche) et température (à droite). Crédit : 2020 Shaikh &Hussain
La plus grande avancée pratique réside dans la résilience du système qui lui permet de tolérer des températures aussi élevées que 650 degrés Celsius, haute salinité, pression variable, rayonnement intense, produits chimiques réactifs, humidité élevée ou toute combinaison de ces conditions. Les capteurs peuvent également offrir des avantages en sensibilité, par exemple, obtenir une augmentation de sensibilité de 260 pour cent de la détection de température par rapport à une alternative existante.
Comme l'explique Hussain :« Notre étude est la première à montrer de manière décisive les perspectives du graphène en tant que matériau de détection pour une variété de conditions environnementales difficiles. »
Les applications probables du monde réel incluent la surveillance des conditions dans l'eau de mer, fluides corporels, l'industrie pétrolière et gazière, exploration de l'espace, et de nombreuses situations impliquant une exposition à des produits chimiques qui endommageraient les capteurs existants.
La structure mince et la flexibilité du capteur le rendent également adapté à une utilisation dans les technologies portables pour les plongeurs et les athlètes, ou dans des applications médicales.
Les chercheurs pensent que les développements continus reliant les appareils électroniques aux technologies de l'Internet des objets (IoT) et de l'Internet of Everything (IoE) apporteront de nombreux besoins et opportunités pour leurs capteurs robustes et flexibles.