Material inspirado en calamares controla la transmisión de luz, calor y microondas – Physics World

Inspirándose en la piel del calamar que cambia de color, los investigadores en China han diseñado un material que puede cambiar entre ser transparente y opaco a la radiación en longitudes de onda visibles, infrarrojas y de microondas. Dirigido por Zichuan-Xu en la Universidad Tecnológica de Nanyang, el equipo logró el resultado rociando una película de nanocables de plata sobre una bicapa de elastómero especializada.

Los calamares son bien conocidos por su notable capacidad para cambiar los colores y patrones de su piel. En la naturaleza, hacen esto para comunicarse entre sí y para camuflarse de depredadores y presas.

En algunas especies de calamares, estos cambios están controlados por músculos especializados que expanden y contraen la piel, dejando algunas partes estiradas y tensas, y otras comprimidas y arrugadas. Esto altera la disposición de las células especializadas que reflejan y dispersan la luz y el resultado es un cambio en el color general de la piel.

En su estudio, el equipo de Xu intentó imitar este comportamiento en el laboratorio mediante el uso de un material de "elastómero dieléctrico acrílico bicapa". Cuando se estira plano, el material es generalmente transparente a la luz visible e infrarroja, pero cuando se comprime, aparecen arrugas que varían los índices de refracción de cada bicapa.

Conmutación mecánica

Como resultado de las arrugas, las ondas visibles e infrarrojas entrantes se reflejan y dispersan desde el elastómero, en lugar de atravesarlo. En otras palabras, el material se puede cambiar mecánicamente entre transmitir y bloquear la luz visible y el calor radiante. Sin embargo, esa encarnación inicial del material no fue buena para bloquear y transmitir microondas porque las longitudes de onda de microondas son mucho más largas que la luz infrarroja, por lo que las microondas no se ven afectadas por las pequeñas arrugas en el material.

Para crear un material que también funcione para microondas, el equipo de Xu roció el elastómero con una fina capa de nanocables de plata. Mientras estiraban el material hasta el punto en que comenzaba a agrietarse, vieron que las microondas aún podían atravesarlo. Pero a medida que el material se comprimía y se arrugaba con una tensión del -30%, compactando la red de nanocables, las microondas entrantes se dispersaban y reflejaban de manera similar a las ondas visibles e infrarrojas, que estaban bloqueadas por la bicapa de elastómero que se encontraba debajo.

Imitando la piel del calamar para mejorar las mantas termorreguladoras

La capacidad del material para cambiar mecánicamente entre transparencia y opacidad abarcó una amplia ventana espectral: cubriendo todo el espectro visible, longitudes de onda infrarrojas de hasta 15.5 micras y longitudes de onda de microondas entre 24.2 y 36.6 mm. Su estructura también fue notablemente resistente: soportó 500 ciclos de estiramiento y compresión, mientras respondía a estos cambios mecánicos en menos de 1 s.

El material ahora se une a una lista creciente de tecnologías inspiradas en el mundo natural. El equipo de Xu prevé numerosas aplicaciones posibles en un futuro cercano, incluidas innovaciones en tecnologías de sigilo y camuflaje. El material también podría usarse en nuevos tipos de ventanas inteligentes que podrían controlar tanto la luz como el calor que pasa a través de ellas, mejorando así la eficiencia energética de los edificios.

El elastómero también podría tener numerosos usos en dispositivos médicos como electrocardiógrafos, que usan electrodos colocados en la piel para monitorear la actividad cardíaca de los pacientes. Con el elastómero bicapa recubierto de nanocables, las señales del electrocardiógrafo de un paciente podrían bloquearse para el uso diario, evitando que se filtre información médica confidencial, y luego pasar a ser transparentes cuando un médico necesite monitorear sus señales.

La investigación se describe en ACS Nano.

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