Von Tintenfischen inspiriertes Material steuert die Übertragung von Licht, Wärme und Mikrowellen – Physics World

Inspiriert von der farbverändernden Haut von Tintenfischen haben Forscher in China ein Material entwickelt, das für Strahlung im sichtbaren, infraroten und Mikrowellenbereich zwischen transparent und undurchsichtig wechseln kann. Angeführt von Zichuan Xu An der Nanyang Technological University erreichte das Team das Ergebnis, indem es einen Silber-Nanodrahtfilm auf eine spezielle Elastomerdoppelschicht sprühte.

Tintenfische sind bekannt für ihre bemerkenswerte Fähigkeit, die Farben und Muster auf ihrer Haut zu verändern. In der Natur tun sie dies, um miteinander zu kommunizieren und sich vor Raubtieren und Beute zu tarnen.

Bei einigen Tintenfischarten werden diese Veränderungen durch spezielle Muskeln gesteuert, die die Haut ausdehnen und zusammenziehen – so dass einige Teile gedehnt und gespannt, andere komprimiert und faltig bleiben. Dadurch verändert sich die Anordnung spezialisierter Zellen, die Licht reflektieren und streuen, und das Ergebnis ist eine Veränderung der Gesamtfarbe der Haut.

In ihrer Studie versuchte Xus Team, dieses Verhalten im Labor nachzuahmen, indem es ein „zweischichtiges dielektrisches Acryl-Elastomer“-Material verwendete. Wenn das Material flach gedehnt wird, ist es im Allgemeinen transparent für sichtbares und infrarotes Licht – wenn es jedoch komprimiert wird, treten Falten auf, die den Brechungsindex jeder Doppelschicht variieren.

Mechanische Umschaltung

Aufgrund der Falten werden einfallende sichtbare und infrarote Wellen vom Elastomer reflektiert und gestreut, anstatt durchzudringen. Mit anderen Worten: Das Material kann mechanisch zwischen Durchlassen und Blockieren von sichtbarem Licht und Strahlungswärme umgeschaltet werden. Diese ursprüngliche Version des Materials war jedoch nicht gut darin, Mikrowellen zu blockieren und zu übertragen, da Mikrowellenwellenlängen viel länger sind als Infrarotlicht, sodass Mikrowellen von den kleinen Falten im Material nicht beeinflusst werden.

Um ein Material zu schaffen, das auch für Mikrowellen geeignet ist, besprühte Xus Team das Elastomer mit einer dünnen Schicht aus Silbernanodrähten. Als sie das Material so weit dehnten, dass es zu reißen begann, stellten sie fest, dass Mikrowellen immer noch direkt durchdringen konnten. Da das Material jedoch mit einer Dehnung von -30 % komprimiert und geknittert wurde, wodurch das Nanodrahtnetzwerk verdichtet wurde, wurden einfallende Mikrowellen auf ähnliche Weise gestreut und reflektiert wie die sichtbaren und infraroten Wellen, die von der darunter liegenden Elastomerdoppelschicht blockiert wurden.

Nachahmung der Tintenfischhaut zur Verbesserung der Wärmeregulierung von Decken

Die Fähigkeit des Materials, mechanisch zwischen Transparenz und Opazität zu wechseln, erstreckte sich über ein breites Spektralfenster: Es deckte das gesamte sichtbare Spektrum, Infrarotwellenlängen von bis zu 15.5 Mikrometer und Mikrowellenwellenlängen zwischen 24.2 und 36.6 mm ab. Seine Struktur war außerdem bemerkenswert widerstandsfähig: Sie überstand 500 Dehnungs- und Kompressionszyklen und reagierte auf diese mechanischen Veränderungen in weniger als 1 Sekunde.

Das Material reiht sich nun in eine wachsende Liste von Technologien ein, die von der Natur inspiriert sind. Xus Team sieht in der nahen Zukunft zahlreiche mögliche Anwendungen, darunter Innovationen bei Stealth- und Tarntechnologien. Das Material könnte auch in neuartigen intelligenten Fenstern eingesetzt werden, die sowohl den Licht- als auch den Wärmedurchgang steuern und so die Energieeffizienz von Gebäuden verbessern könnten.

Das Elastomer könnte auch zahlreiche Anwendungen in medizinischen Geräten wie Elektrokardiographen haben, bei denen auf der Haut angebrachte Elektroden zur Überwachung der Herzaktivität des Patienten verwendet werden. Mit dem mit Nanodrähten beschichteten Doppelschicht-Elastomer könnten die EKG-Signale eines Patienten für den täglichen Gebrauch blockiert werden, um zu verhindern, dass vertrauliche medizinische Informationen durchsickern, und dann auf Transparenz umgestellt werden, wenn ihre Signale von einem Arzt überwacht werden müssen.

Die Forschung ist beschrieben in ACS Nano.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/squid-inspired-material-controls-the-transmission-of-light-heat-and-microwaves/