Sağlamlığın monitorinqi üçün öz-özünə işləyən geyilə bilən sensorlardakı əsas problem, eyni vaxtda baş verən müxtəlif siqnalları ayırd etməkdir. Penn State və Çinin Hebei Texnologiya Universitetinin tədqiqatçıları sensor materialının yeni xüsusiyyətini aşkar edərək, komandaya müxtəlif siqnalları daha dəqiq müəyyən etmək üçün həm temperaturu, həm də fiziki gərginliyi eyni vaxtda, lakin ayrı-ayrılıqda dəqiq ölçə bilən yeni çevik sensor inkişaf etdirməyə imkan yaradaraq bu problemi həll ediblər.

Penn State Mühəndislik Elmləri və Mexanika (ESM) üzrə professor Huanyu “Larry” Cheng, kiçik Ceyms L. Henderson və Nature Communications -da dərc edilmiş tədqiqatın həmmüəllifi Huanyu “Larry” Cheng, “Bizim inkişaf etdirdiyimiz bu unikal sensor materialı sağlamlıq monitorinqində potensial əhəmiyyətli tətbiqlərə malikdir” dedi .

“Həm temperatur dəyişikliklərini, həm də sağalan yaranın yaratdığı fiziki deformasiyanı və ya gərginliyi dəqiq ölçməklə və ölçün ki, bu iki siqnalı ayırmaqla yaraların sağalmasının izlənməsində inqilab yarada bilər. Həkimlər iltihab kimi problemləri erkən müəyyən edərək, sağalma prosesi haqqında daha aydın təsəvvür əldə edə bilərdilər.”

Tədqiqatçılar iki ölçülü (2D) material olan lazerin yaratdığı qrafendən istifadə edərək çarpaz danışma olmadan temperatur və gərginlik siqnallarını dəqiq ölçməyi hədəfləyiblər. Adi qrafen də daxil olmaqla bütün 2D materiallar kimi, lazerin yaratdığı qrafen də unikal xüsusiyyətlərə malik, lakin bükülmə ilə birdən bir neçə atom qalınlığındadır. Lazerlə induksiya olunan qrafen (LIG) lazer müəyyən karbonla zəngin materialları (məsələn, plastik və ya ağac) onların səthini qrafen strukturuna çevirən şəkildə qızdırdıqda əmələ gəlir. Lazer mahiyyətcə qrafeni birbaşa materialın üzərinə “yazır”, bu onu elektronika, sensorlar və enerji cihazları üçün qrafen nümunələri istehsal etmək üçün sadə və miqyaslana bilən bir üsula çevirir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1738909120&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-02-powered-graphene-smart-sensor-pain.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTYwIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiXV0sMF0.&dt=1738909120604&bpp=1&bdt=86&idt=81&shv=r20250205&mjsv=m202502040101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D594147a00c618f4c%3AT%3D1735548631%3ART%3D1738909062%3AS%3DALNI_MYbuCvlfveSCnpeUIQKyQ2DBT11fQ&gpic=UID%3D00000f84124e2904%3AT%3D1735548631%3ART%3D1738909062%3AS%3DALNI_Maf8g334ShSARz9IhljaNTJv-vUzg&eo_id_str=ID%3D639b28d7655b7aa4%3AT%3D1735548631%3ART%3D1738909062%3AS%3DAA-Afjakj_-HiAALGKSfOxRJbP3s&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=5638014951850&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=1762&biw=1519&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=95344787%2C95350442%2C95347433%2C95348348%2C95350015&oid=2&pvsid=3643947362128929&tmod=1985943554&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=86

LIG əvvəllər müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilmişdir. Əvvəllər Cheng və komandası qaz sensorları, tər analizi üçün elektrokimyəvi detektorlar, superkondensatorlar və s. üçün LIG-dən istifadə ediblər. Bununla belə, tədqiqatçılar ilk dəfə LIG-in çox məqsədli və dəqiq sensor üçün ideal hala gətirən yeni xüsusiyyətini kəşf etdiklərinə inandıqlarını söylədilər.

“Bu xüsusi araşdırmada biz bu materialın da termoelektrik xüsusiyyətlərə malik olması faktına rast gəldik ” dedi Cheng. “Biz inanırıq ki, bu, hər kəs lazerin yaratdığı qrafenin termoelektrik imkanlara malik olduğunu bildirən ilk hadisədir. Və bu, bizim burada etməyə çalışdığımız iş üçün həqiqətən vacibdir, yəni həm temperatur dəyişikliklərini, həm də fiziki gərginliyi və ya deformasiyanı ayrıca ölçməkdir.”

Materialdakı termoelektrik xüsusiyyətlər temperatur fərqlərini elektrik gərginliyinə və əksinə çevirmək qabiliyyətinə istinad edir, bu cür materialların enerji yığımı və temperaturun təyini kimi tətbiqlər üçün istifadəsinə imkan verir. Cheng’in sözlərinə görə, LIG-nin bu yeni müəyyən edilmiş termoelektrik xüsusiyyəti iki sensor ölçməni ayırmağı asanlaşdırır və sarğıya daxil edilmiş sensor kimi sağlamlıq tətbiqləri üçün idealdır.

“Həm temperatura, həm də gərginliyə həssas olan materiallarınız olduqda, hansı siqnalın materialda dəyişikliklərə səbəb olduğunu söyləmək çətin ola bilər” dedi Cheng. “Lakin lazerin yaratdığı qrafendə bu termoelektrik effektdən istifadə etməklə biz bu iki ölçməni mahiyyətcə ayıra bilərik. Biz gərginlik haqqında məlumat əldə etmək üçün elektrik müqavimətinə baxa , eyni zamanda temperaturu təyin etmək üçün termal gərginliyi ölçə bilərik. Buna görə də həkimlər ondan həm temperaturun dəyişməsini, həm də yaranın nə qədər aydınlaşdığını izləmək üçün istifadə edə bilirlər.”

O, həmçinin qeyd edib ki, sensor yüksək həssasdır, temperaturun 0,5 dərəcə Selsi kimi kiçik dəyişikliklərini aşkar edir. Materialın dizaynı məsaməli qrafen və termoelektrik komponentlərin birlikdə işləməsindən istifadə edir və bu, istiliyi elektrik enerjisinə çevirməkdə onu təxminən dörd dəfə daha yaxşı edir. Sensor həmçinin funksiyasını itirmədən 45%-ə qədər uzana, həmçinin müxtəlif forma və səthlərə uyğunlaşa bilir.

“Bu materialın məsaməli strukturu onun ətrafı ilə çox həssas şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olmasına imkan verən çoxlu kiçik boşluqlar və kanallar yaradır” dedi Çenq. “Bu, keramika əsaslı olanlar kimi daha sərt termoelektrik materiallardan fərqli olaraq, insan yumşaq toxumaları ilə qarşılıqlı əlaqə üçün yaxşı uyğunlaşır.”

LIG-nin termoelektrik cəhəti həm də temperatur fərqi olduqda onun elektrik enerjisi istehsal edə bilməsi demək olduğundan, LIG ​​sensorları öz-özünə işləyir. Cheng-ə görə, bu, klinik şəraitdə davamlı monitorinq və uzaq yerlərdə yanğınların aşkarlanması kimi digər tətbiqlər üçün xüsusilə faydalı ola bilər.

Sensoru təkmilləşdirməklə yanaşı, komanda insanlara sensordan məlumatları uzaqdan izləməyə imkan verəcək simsiz sistem hazırlayır. Bu, smartfonlar və ya digər cihazlardan istifadə edərək real vaxt rejimində temperatur və ya gərginlik kimi vacib məlumatları izləməyə imkan verəcək.

“Məsələn, həkim xəstənin vəziyyətini uzaqdan izləyə bilər və ya təcili yardım işçiləri təhlükəli temperatur dəyişiklikləri barədə xəbərdarlıqlar ala bilərdi” dedi Çenq. “Bu irəliləyişlər texnologiyanı daha əlçatan və effektiv etmək, gündəlik vəziyyətlərdə sağlamlıq monitorinqini və təhlükəsizliyi yaxşılaşdırmağa kömək etmək məqsədi daşıyır.”

Cheng ilə yanaşı, digər məqalə müəllifləri arasında Penn State-də mühəndislik elmləri və mexanika üzrə magistr tələbəsi Ankan Dutta; və Li Yang, Xue Chen, Hui Zhang, Zihan Wang, Mingyang Zin, Shuaijie Du və Guizhi Xu, hamısı Hebei Texnologiya Universitetindən.

Daha çox məlumat: Li Yang və digərləri, Termoelektrik məsaməli lazerlə induksiya edilmiş qrafen əsaslı gərginlik-temperaturun ayrılması və öz-özünə işləyən sensor, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55790-x

Jurnal məlumatı: Nature Communications Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir