За последние годы физики и химики создали десятки полупроводниковых устройств и датчиков из различных наноматериалов, способных улавливать и «подсчитывать» молекулы различных газов в воздухе или в других газовых средах.

Подобные системы сегодня отвечают за обеспечение безопасности АЭС, различных химических предприятий и других заводов, утечки газов на которых могут привести не только к смерти персонала, но и к масштабным экологическим бедствиям.

Все подобные датчики, как правило, не могут нормально работать без постоянного подключения к электросети, а их настройка и работа с ними требует определенных специализированных навыков. Сонкусале и его коллеги ликвидировали эти недостатки, создав крайне простую альтернативу для всех этих приборов, которую в буквальном смысле можно носить с собой.

Многие краски, как давно знают химики и физики, меняют цвет при появлении даже небольших количеств различных газов, таких как аммиак, в окружающей их атмосфере. Это позволяет использовать пропитанные ими ткани или листы бумаги для обнаружения этих веществ и оценки их концентрации в воздухе, отслеживая то, поменялся ли их оттенок.

Проблема, как отмечает Сонкусале, заключается в том, что многие подобные красители не «прилипают» к волокнам синтетических или натуральных тканей и мгновенно вымываются из них. Это мешает их использованию при производстве рабочей одежды или применению «лакмусовых бумажек» в помещениях с высоким уровнем влажности.

Американские химики решили эту проблему, создав универсальную методику «заточения» краски внутри нитей любых типов. Для этого достаточно вымочить ткань в растворе краски, потом обработать ее уксусной кислотой и покрыть нити тонким слоем из полидиметилсилоксана, инертного полимера на базе кремния, кислорода и метана.

Подобное покрытие, как обнаружили ученые, препятствует проникновению воды внутрь нитей, но не мешает молекулам газов взаимодействовать с красителями и заставлять их менять свой цвет. Руководствуясь этой идеей, химики из университета Тафтса подготовили три типа волокон, распознающих пары аммиака и соляной кислоты, а также создали алгоритм, способный вычислять их концентрацию в воздухе при помощи камеры смартфона.

Точность его работы, как признают исследователи, несколько уступает самым чувствительным «стационарным» датчикам аммиака. С другой стороны, их детище при этом работает не только в воздухе, но и в воде, и может улавливать пары аммиака даже в том случае, если их концентрация составляет всего 15 частей на миллион.

В ближайшее время Сонкусале и его коллеги планируют создать новый набор нитей, который будет распознавать не аммиак или соляную кислоту, а углекислый газ и различные ароматические углеводороды. Ткани на их основе помогут пожарникам оценивать уровень опасных веществ внутри горящих помещений, а нефтяникам – отслеживать утечки углеводородов в грунтовые воды или реки во время добычи полезных ископаемых.