Blæksprutte-inspireret materiale styrer transmissionen af ​​lys, varme og mikrobølger – Physics World

Blæksprutte-inspireret materiale styrer transmissionen af ​​lys, varme og mikrobølger – Physics World

Tidsstempel: 13. juli 2023 kl. 11

Blæksprutte inspireret materiale
Blæksprutte inspireret: denne blomstrede scene er overlejret af en skive af elastomermaterialet. Til venstre blokerer det komprimerede materiale lys. Til højre slipper det strakte materiale lys igennem. (Høflighed: ACS Nano/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

Inspireret af blækspruttens farveskiftende hud har forskere i Kina designet et materiale, der kan skifte mellem at være gennemsigtigt og uigennemsigtigt for stråling ved synlige, infrarøde og mikrobølgelængder. Ledet af Zichuan Xu ved Nanyang Technological University opnåede holdet resultatet ved at sprøjte en sølv nanotrådfilm på et specialiseret elastomer-dobbeltlag.

Blæksprutter er velkendte for deres bemærkelsesværdige evne til at ændre farver og mønstre på deres hud. I naturen gør de dette for at kommunikere med hinanden og for at camouflere sig selv fra rovdyr og byttedyr.

Hos nogle blækspruttearter styres disse ændringer af specialiserede muskler, der udvider og trækker huden sammen - hvilket efterlader nogle dele strakte og stramme, og andre komprimerede og rynkede. Dette ændrer arrangementet af specialiserede celler, der reflekterer og spreder lys, og resultatet er en ændring i hudens overordnede farve.

I deres undersøgelse forsøgte Xus team at efterligne denne adfærd i laboratoriet ved at bruge et "dobbeltlags akryl dielektrisk elastomer" materiale. Når det strækkes fladt, er materialet generelt gennemsigtigt for synligt og infrarødt lys - men når det komprimeres, opstår der rynker, der varierer brydningsindekset for hvert dobbeltlag.

Mekanisk kobling

Som et resultat af rynkerne bliver indkommende synlige og infrarøde bølger reflekteret og spredt fra elastomeren i stedet for at passere igennem. Med andre ord kan materialet skiftes mekanisk mellem at transmittere og blokere synligt lys og strålevarme. Imidlertid var den første inkarnation af materialet ikke god til at blokere og transmittere mikrobølger, fordi mikrobølgelængder er meget længere end infrarødt lys, så mikrobølger er upåvirkede af de små rynker i materialet.

For at skabe et materiale, der også fungerer til mikrobølger, sprayede Xus team elastomeren med en tynd belægning af sølv nanotråde. Da de strakte materialet til det punkt, hvor det begyndte at revne, så de, at mikrobølger stadig var i stand til at passere lige igennem. Men da materialet blev komprimeret og rynket med en belastning på -30%, hvilket komprimerede nanowire-netværket, blev indkommende mikrobølger spredt og reflekteret på samme måde som de synlige og infrarøde bølger, som blev blokeret af elastomer-dobbeltlaget nedenunder.

Materialets evne til mekanisk at skifte mellem gennemsigtighed og opacitet spændte over et bredt spektralt vindue: dækkede hele det synlige spektrum, infrarøde bølgelængder på op til 15.5 mikron og mikrobølgelængder mellem 24.2-36.6 mm. Dens struktur var også bemærkelsesværdig modstandsdygtig: udholdt 500 cyklusser med strækning og kompression, mens den reagerede på disse mekaniske ændringer på under 1 s.

Materialet slutter sig nu til en voksende liste af teknologier inspireret af den naturlige verden. Xus team forestiller sig adskillige mulige anvendelser i den nærmeste fremtid, herunder innovationer inden for stealth- og camouflageteknologier. Materialet kunne også bruges i nye typer smarte vinduer, der kunne styre både lys og varme, der passerer gennem dem – og dermed forbedre bygningers energieffektivitet.

Elastomeren kan også have adskillige anvendelser i medicinsk udstyr, såsom elektrokardiografer, som bruger elektroder placeret på huden til at overvåge patienters hjerteaktivitet. Med den nanotrådbelagte tolags-elastomer kunne en patients elektrokardiograf-signaler blokeres til daglig brug, hvilket forhindrer følsom medicinsk information i at blive lækket, og derefter skiftes til at være gennemsigtig, når deres signaler skal overvåges af en læge.

Forskningen er beskrevet i ACS Nano.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden