Υλικό εμπνευσμένο από καλαμάρια ελέγχει τη μετάδοση φωτός, θερμότητας και μικροκυμάτων – Physics World

Εμπνευσμένοι από το δέρμα των καλαμαριών που αλλάζει το χρώμα, ερευνητές στην Κίνα σχεδίασαν ένα υλικό που μπορεί να αλλάξει μεταξύ διαφανούς και αδιαφανούς σε ακτινοβολία σε μήκη κύματος ορατού, υπέρυθρου και μικροκυμάτων. Με επικεφαλής τον Ζιτσουάν Σου στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang, η ομάδα πέτυχε το αποτέλεσμα ψεκάζοντας μια μεμβράνη νανοσύρματος αργύρου σε μια εξειδικευμένη διπλή στιβάδα ελαστομερούς.

Τα καλαμάρια είναι γνωστά για την αξιοσημείωτη ικανότητά τους να αλλάζουν τα χρώματα και τα σχέδια στο δέρμα τους. Στη φύση, το κάνουν αυτό για να επικοινωνούν μεταξύ τους και να καμουφλάρονται από τα αρπακτικά και τα θηράματα.

Σε ορισμένα είδη καλαμαριών, αυτές οι αλλαγές ελέγχονται από εξειδικευμένους μύες που διαστέλλονται και συστέλλουν το δέρμα – αφήνοντας ορισμένα μέρη τεντωμένα και τεντωμένα και άλλα συμπιεσμένα και ζαρωμένα. Αυτό αλλάζει τη διάταξη των εξειδικευμένων κυττάρων που αντανακλούν και διασκορπίζουν το φως, και το αποτέλεσμα είναι μια αλλαγή στο συνολικό χρώμα του δέρματος.

Στη μελέτη τους, η ομάδα του Xu προσπάθησε να μιμηθεί αυτή τη συμπεριφορά στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας ένα υλικό «διηλεκτρικού διηλεκτρικού ελαστομερούς διπλής στιβάδας». Όταν τεντώνεται επίπεδο, το υλικό είναι γενικά διαφανές στο ορατό και στο υπέρυθρο φως – αλλά όταν συμπιέζεται, εμφανίζονται ρυτίδες που ποικίλουν τους δείκτες διάθλασης κάθε διπλής στιβάδας.

Μηχανική μεταγωγή

Ως αποτέλεσμα των ρυτίδων, τα εισερχόμενα ορατά και υπέρυθρα κύματα αντανακλώνται και διασκορπίζονται από το ελαστομερές, αντί να περάσουν από μέσα. Με άλλα λόγια, το υλικό μπορεί να εναλλάσσεται μηχανικά μεταξύ της μετάδοσης και της παρεμπόδισης του ορατού φωτός και της ακτινοβολούμενης θερμότητας. Ωστόσο, αυτή η αρχική ενσάρκωση του υλικού δεν ήταν καλή στο μπλοκάρισμα και τη μετάδοση μικροκυμάτων, επειδή τα μήκη κύματος μικροκυμάτων είναι πολύ μεγαλύτερα από το υπέρυθρο φως, επομένως τα μικροκύματα δεν επηρεάζονται από τις μικρές ρυτίδες στο υλικό.

Για να δημιουργήσει ένα υλικό που λειτουργεί επίσης για μικροκύματα, η ομάδα του Xu ψέκασε το ελαστομερές με μια λεπτή επίστρωση από νανοσύρματα αργύρου. Καθώς τέντωσαν το υλικό μέχρι το σημείο που άρχισε να ραγίζει, είδαν ότι τα μικροκύματα ήταν ακόμα σε θέση να περάσουν κατευθείαν. Καθώς όμως το υλικό συμπιέστηκε και ζαρώθηκε με τάση -30%, συμπιέζοντας το δίκτυο νανοσύρματος, τα εισερχόμενα μικροκύματα διασκορπίστηκαν και ανακλήθηκαν με παρόμοιο τρόπο όπως τα ορατά και υπέρυθρα κύματα, τα οποία μπλοκαρίστηκαν από το ελαστομερές διπλό στρώμα από κάτω.

Μιμείται το δέρμα καλαμαριού για τη βελτίωση των θερμορρυθμιστικών κουβερτών

Η ικανότητα του υλικού να εναλλάσσεται μηχανικά μεταξύ διαφάνειας και αδιαφάνειας κάλυπτε ένα ευρύ φασματικό παράθυρο: κάλυπτε ολόκληρο το ορατό φάσμα, υπέρυθρα μήκη κύματος έως 15.5 micron και μήκη κύματος μικροκυμάτων μεταξύ 24.2-36.6 mm. Η δομή του ήταν επίσης εξαιρετικά ανθεκτική: άντεξε 500 κύκλους τεντώματος και συμπίεσης, ενώ ανταποκρινόταν σε αυτές τις μηχανικές αλλαγές σε λιγότερο από 1 δευτερόλεπτο.

Το υλικό εντάσσεται τώρα σε μια αυξανόμενη λίστα τεχνολογιών εμπνευσμένων από τον φυσικό κόσμο. Η ομάδα του Xu οραματίζεται πολλές πιθανές εφαρμογές στο εγγύς μέλλον, συμπεριλαμβανομένων καινοτομιών στις τεχνολογίες stealth και καμουφλάζ. Το υλικό θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε νέους τύπους έξυπνων παραθύρων που θα μπορούσαν να ελέγχουν τόσο το φως όσο και τη θερμότητα που περνά μέσα από αυτά – βελτιώνοντας έτσι την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων.

Το ελαστομερές θα μπορούσε επίσης να έχει πολλές χρήσεις σε ιατρικές συσκευές όπως οι ηλεκτροκαρδιογράφοι, οι οποίοι χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια τοποθετημένα στο δέρμα για την παρακολούθηση της καρδιακής δραστηριότητας των ασθενών. Με το ελαστομερές διπλής στιβάδας επικαλυμμένο με νανοσύρμα, τα σήματα του ηλεκτροκαρδιογράφου των ασθενών θα μπορούσαν να αποκλειστούν για καθημερινή χρήση, αποτρέποντας τη διαρροή ευαίσθητων ιατρικών πληροφοριών και στη συνέχεια να γίνει διαφανές όταν τα σήματα τους πρέπει να παρακολουθούνται από γιατρό.

Η έρευνα περιγράφεται στο ACS Nano.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/squid-inspired-material-controls-the-transmission-of-light-heat-and-microwaves/