Le NIMS, l’Université de Harvard et l’Université du Connecticut ont conçu et fabriqué un dispositif simple capable d’imager un gaz qui y est injecté en plusieurs couleurs en fonction de ses propriétés gazeuses, permettant la discrimination chromatique de différents gaz. Cet appareil convivial convertit la pression générée par un gaz injecté en couleurs structurelles, le reproduisant ainsi. Cette technologie peut potentiellement avoir un large éventail d’applications, telles que la surveillance de l’environnement, l’assurance de la sécurité et les soins de santé.
L’imagerie des gaz est importante dans de nombreux projets de recherche fondamentale et appliquée liés aux gaz, car presque tous les gaz ambiants sont incolores et invisibles. Seules quelques méthodes d’imagerie du flux de gaz ambiant ont été développées (par exemple, l’utilisation de caméras infrarouges capables de détecter les changements de température et les mesures de débit d’air en libérant des particules traceuses dans l’air).
Ces méthodes nécessitent un équipement élaboré et ne conviennent pas pour l’imagerie de différents types de gaz de manière cohérente. De plus, les images qu’ils produisent sont impropres à l’analyse des caractéristiques gazeuses. Une méthode simple capable d’imager et d’analyser tous les types de gaz peut avoir une grande variété d’applications, telles que les mesures basées sur l’image.
Cette équipe de recherche a récemment fabriqué un appareil capable d’imager et de différencier divers gaz en utilisant une large gamme de couleurs (c’est-à-dire des couleurs structurelles) grâce à une procédure simple : le polydiméthylsiloxane (PDMS) – un matériau souple – a d’abord été façonné en une plaque. Une partie de la surface du PDMS a ensuite été traitée avec un plasma d’argon. La dalle de PDMS traitée au plasma a été placée sur la surface d’un substrat en verre avec sa surface traitée au plasma vers le bas, et elles sont entrées en contact complet.
La surface PDMS traitée au plasma forme un micro-motif périodique semblable à une ondulation lorsqu’elle est comprimée par un gaz injecté traversant la frontière étroite entre le PDMS et les couches de verre. Cette compression et la formation de micro-motifs qui en résulte conduisent à la production de couleurs structurelles. Ce mécanisme est applicable à l’imagerie et à la différenciation de tout type de gaz. Lorsque le flux de gaz entrant est interrompu, les couleurs structurelles disparaissent complètement.
Le degré de déformation du PDMS dépend des débits, des viscosités et des densités des gaz injectés. Comme tous les gaz ont des viscosités et des densités uniques, cet appareil peut être utilisé pour différencier et analyser des échantillons de gaz en fonction de ces propriétés sous un débit constant.
Dans des recherches futures, l’équipe travaillera à optimiser l’appareil en améliorant sa sensibilité dans le but de le rendre compatible avec diverses applications (ex. identification de gaz ambiants et d’échantillons biologiques). L’équipe envisagera également de développer une nouvelle technique d’identification des gaz en la combinant avec des techniques de reconnaissance d’images et d’apprentissage automatique et en fabriquant un petit dispositif intégré CCD (dispositif à couplage de charge) avec une structure simple.
L’étude est publiée dans la revue Sciences avancées.
Plus d’information:
Kota Shiba et al, Visualisation de la déformation induite par le flux à l’aide de la couleur structurelle dans les dispositifs de polydiméthylsiloxane sans canal, Sciences avancées (2022). DOI : 10.1002/advs.202204310