محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و دانشگاه فناوری هبی موفق به توسعه فوم گرافنی ترموالکتریک انعطاف‌پذیر با کمک لیزر شده‌اند که می‌تواند دما و فشار فیزیکی را به‌طور هم‌زمان و مجزا اندازه‌گیری کند. این فناوری نوین، نقش مهمی در پایش سلامت از طریق زیست‌حسگرها ایفا خواهد کرد.
ساخت حسگری برای اندازه‌گیری هم‌زمان دما و فشار/ مناسب برای پایش زخم
این تیم تحقیقاتی از گرافن تحت تاثیر لیزر (LIG) استفاده کرده‌اند که با حرارت دادن سطح مواد کربنی مانند پلاستیک یا چوب، به گرافن تبدیل می‌شود. این فرآیند ساده و مقیاس‌پذیر پیش‌تر در حسگرهای گازی و آشکارسازهای الکتروشیمیایی به‌کار رفته، اما اکنون خاصیتی کلیدی از آن برای تشخیص چندگانه‌ی سیگنال‌ها کشف شده است.
ویژگی ترموالکتریک LIG در این فناوری نقش کلیدی دارد، زیرا به اندازه‌گیری جداگانه دما و فشار فیزیکی کمک می‌کند. این ویژگی به مواد اجازه می‌دهد اختلاف دما را به ولتاژ الکتریکی تبدیل کنند و همین امر، اساس عملکرد این حسگر برای اندازه‌گیری تغییرات دما و همچنین برداشت انرژی است.
یکی از چالش‌های بزرگ در حسگرهای حساس به دما و فشار، تفکیک سیگنال‌های ایجاد شده توسط این دو پارامتر است. اما در این فناوری جدید مقاومت الکتریکی تغییرات ناشی از فشار فیزیکی را اندازه‌گیری می‌کند. ولتاژ حرارتی تغییرات ناشی از دما را مشخص می‌کند.
این ویژگی برای پایش زخم‌ها در حوزه پزشکی بسیار کاربردی است، زیرا پزشکان می‌توانند به‌طور هم‌زمان افزایش دما (نشانه التهاب یا عفونت) و تغییرات فیزیکی (مانند کشیدگی یا انقباض زخم) را اندازه‌گیری کنند.
مزیت‌های این فناوری جدید:
🔹 حساسیت بسیار بالا: توانایی تشخیص تغییرات دمایی تا ۰.۵ درجه سانتی‌گراد
🔹 افزایش ۴ برابری بهره‌وری تبدیل حرارت به الکتریسیته.
🔹 کشسانی بالا: قابلیت کشش تا ۴۵٪ بدون افت عملکرد.
🔹 ساختار متخلخل: افزایش حساسیت و تعامل بهتر با بافت‌های نرم بدن نسبت به مواد ترموالکتریک سرامیکی سخت.
از آنجا که LIG می‌تواند بر اساس اختلاف دما، برق تولید کند، این حسگر خودتوان (self-powered) انرژی است و می‌تواند برای پایش مستمر در محیط‌های بالینی، تشخیص آتش‌سوزی در مناطق دورافتاده و سایر کاربردهای هوشمند استفاده شود.
این تیم تحقیقاتی در حال توسعه یک سیستم بی‌سیم برای نظارت بر داده‌های حسگر در زمان واقعی است. این فناوری به پایش از راه دور از طریق گوشی هوشمند یا سایر دستگاه‌ها کمک می‌کند و می‌تواند انقلابی در حوزه پایش سلامت و حسگرهای هوشمند ایجاد کند.
