مادة مستوحاة من الحبار تتحكم في انتقال الضوء والحرارة والميكروويف - عالم الفيزياء

مادة مستوحاة من الحبار تتحكم في انتقال الضوء والحرارة والميكروويف - عالم الفيزياء

الطابع الزمني: 13 يوليو 2023 ، الساعة 11:20 صباحًا

مادة مستوحاة من الحبار
مستوحى من الحبار: هذا المشهد المنمق مغطى بقرص من مادة المطاط الصناعي. على اليسار ، المواد المضغوطة تحجب الضوء. على اليمين ، تسمح المادة الممتدة بمرور الضوء. (كياسة: أكس نانو/ DOI: 10.1021 / acsnano.3c01836)

مستوحى من جلد الحبار المتغير لونه ، صمم الباحثون في الصين مادة يمكنها التبديل بين الشفافية والمعتمة للإشعاع في الأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء والميكروويف. بقيادة زيتشوان شو في جامعة نانيانغ التكنولوجية ، حقق الفريق النتيجة عن طريق رش فيلم أسلاك متناهية الصغر فضية على طبقة ثنائية من المطاط الصناعي.

تشتهر الحبار بقدرتها الرائعة على تغيير الألوان والأنماط على بشرتها. في الطبيعة ، يفعلون ذلك للتواصل مع بعضهم البعض ، ولتمويه أنفسهم من الحيوانات المفترسة والفريسة.

في بعض أنواع الحبار ، يتم التحكم في هذه التغييرات من خلال عضلات متخصصة تتمدد وتنقبض الجلد - تاركة بعض الأجزاء مشدودة ومشدودة ، وأخرى مضغوطة ومتجعدة. هذا يغير ترتيب الخلايا المتخصصة التي تعكس الضوء وتشتيته ، والنتيجة هي تغيير في لون الجلد الكلي.

في دراستهم ، حاول فريق Xu محاكاة هذا السلوك في المختبر باستخدام مادة "إلاستومر عازل أكريليك ثنائي الطبقة". عندما تتمدد بشكل مسطح ، تكون المادة شفافة بشكل عام للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء - ولكن عند الضغط ، تظهر التجاعيد التي تختلف مؤشرات الانكسار لكل طبقة ثنائية.

التبديل الميكانيكي

نتيجة للتجاعيد ، تنعكس الموجات المرئية والأشعة تحت الحمراء الواردة وتشتت من المطاط الصناعي بدلاً من المرور خلالها. بمعنى آخر ، يمكن تبديل المادة ميكانيكيًا بين إرسال الضوء المرئي والحرارة المشعة وحجبهما. ومع ذلك ، فإن هذا التجسيد الأولي للمادة لم يكن جيدًا في منع وإرسال الموجات الدقيقة لأن أطوال موجات الميكروويف أطول بكثير من ضوء الأشعة تحت الحمراء ، لذلك لا تتأثر الموجات الدقيقة بالتجاعيد الصغيرة في المادة.

لإنشاء مادة تعمل أيضًا مع أفران الميكروويف ، قام فريق Xu برش المطاط الصناعي بطبقة رقيقة من الأسلاك النانوية الفضية. عندما قاموا بمد المادة إلى النقطة التي بدأت عندها في التصدع ، رأوا أن أفران الميكروويف لا تزال قادرة على المرور مباشرة. ولكن عندما تم ضغط المادة وتجعدها بإجهاد بنسبة -30٪ ، مما أدى إلى ضغط شبكة الأسلاك النانوية ، فإن الموجات الدقيقة الواردة كانت مبعثرة وانعكست بطريقة مماثلة للموجات المرئية والأشعة تحت الحمراء ، والتي تم حظرها بواسطة طبقة ثنائية من المطاط الصناعي تحتها.

امتدت قدرة المادة على التبديل ميكانيكيًا بين الشفافية والتعتيم على نافذة طيفية واسعة: تغطي الطيف المرئي بأكمله ، وأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء التي تصل إلى 15.5 ميكرون ، وأطوال موجات الميكروويف بين 24.2-36.6 ملم. كان هيكلها أيضًا مرنًا بشكل ملحوظ: فقد تحمل 500 دورة من التمدد والضغط ، مع الاستجابة لهذه التغييرات الميكانيكية في أقل من ثانية واحدة.

تنضم المادة الآن إلى قائمة متزايدة من التقنيات المستوحاة من العالم الطبيعي. يتصور فريق Xu العديد من التطبيقات الممكنة في المستقبل القريب ، بما في ذلك الابتكارات في تقنيات التخفي والتمويه. يمكن أيضًا استخدام هذه المادة في أنواع جديدة من النوافذ الذكية التي يمكنها التحكم في مرور الضوء والحرارة عبرها - وبالتالي تحسين كفاءة الطاقة في المباني.

يمكن أن يكون للمادة المطاطية أيضًا استخدامات عديدة في الأجهزة الطبية مثل أجهزة تخطيط القلب ، التي تستخدم أقطابًا كهربائية موضوعة على الجلد لمراقبة نشاط قلب المرضى. باستخدام المطاط الصناعي ثنائي الطبقة المطلي بأسلاك متناهية الصغر ، يمكن حجب إشارات مخطط كهربية القلب الخاصة بالمرضى للاستخدام اليومي ، مما يمنع تسرب المعلومات الطبية الحساسة ، ثم يتحول إلى الشفافية عندما يحتاج الطبيب إلى مراقبة إشاراتها.

تم وصف البحث في أكس نانو.

الطابع الزمني:

اكثر من عالم الفيزياء