Il materiale ispirato ai calamari controlla la trasmissione di luce, calore e microonde - Physics World

Ispirandosi alla pelle che cambia colore dei calamari, i ricercatori in Cina hanno progettato un materiale che può passare dall'essere trasparente e opaco alla radiazione a lunghezze d'onda visibili, infrarosse e microonde. Guidato da Zichuan Xu presso la Nanyang Technological University, il team ha raggiunto il risultato spruzzando una pellicola di nanofili d'argento su un doppio strato di elastomero specializzato.

I calamari sono ben noti per la loro notevole capacità di cambiare i colori e i motivi sulla loro pelle. In natura, lo fanno per comunicare tra loro e per mimetizzarsi da predatori e prede.

In alcune specie di calamari, questi cambiamenti sono controllati da muscoli specializzati che espandono e contraggono la pelle, lasciando alcune parti tese e tese e altre compresse e rugose. Questo altera la disposizione delle cellule specializzate che riflettono e diffondono la luce, e il risultato è un cambiamento nel colore generale della pelle.

Nel loro studio, il team di Xu ha tentato di imitare questo comportamento in laboratorio utilizzando un "elastomero dielettrico acrilico a doppio strato". Quando viene stirato piatto, il materiale è generalmente trasparente alla luce visibile e infrarossa, ma quando viene compresso compaiono delle rughe che variano gli indici di rifrazione di ciascun doppio strato.

Commutazione meccanica

Come risultato delle grinze, le onde visibili e infrarosse in arrivo vengono riflesse e disperse dall'elastomero, invece di attraversarlo. In altre parole, il materiale può essere commutato meccanicamente tra la trasmissione e il blocco della luce visibile e del calore radiante. Tuttavia, quell'incarnazione iniziale del materiale non era buona per bloccare e trasmettere le microonde perché le lunghezze d'onda delle microonde sono molto più lunghe della luce infrarossa, quindi le microonde non sono influenzate dalle piccole pieghe nel materiale.

Per creare un materiale che funzioni anche per le microonde, il team di Xu ha spruzzato l'elastomero con un sottile rivestimento di nanofili d'argento. Quando hanno allungato il materiale fino al punto in cui ha iniziato a rompersi, hanno visto che le microonde erano ancora in grado di passare attraverso. Ma quando il materiale è stato compresso e raggrinzito con una deformazione del -30%, compattando la rete di nanofili, le microonde in arrivo sono state disperse e riflesse in modo simile alle onde visibili e infrarosse, che sono state bloccate dal doppio strato di elastomero sottostante.

Imitando la pelle di calamaro per migliorare la termoregolazione delle coperte

La capacità del materiale di passare meccanicamente dalla trasparenza all'opacità copriva un'ampia finestra spettrale: coprendo l'intero spettro visibile, lunghezze d'onda dell'infrarosso fino a 15.5 micron e lunghezze d'onda delle microonde comprese tra 24.2 e 36.6 mm. La sua struttura era anche straordinariamente resistente: sopportava 500 cicli di stiramento e compressione, rispondendo a questi cambiamenti meccanici in meno di 1 secondo.

Il materiale ora si unisce a un elenco crescente di tecnologie ispirate al mondo naturale. Il team di Xu prevede numerose possibili applicazioni nel prossimo futuro, comprese le innovazioni nelle tecnologie stealth e camouflage. Il materiale potrebbe anche essere utilizzato in nuovi tipi di finestre intelligenti in grado di controllare sia la luce che il calore che le attraversano, migliorando così l'efficienza energetica degli edifici.

L'elastomero potrebbe anche avere numerosi usi in dispositivi medici come gli elettrocardiografi, che utilizzano elettrodi posizionati sulla pelle per monitorare l'attività cardiaca dei pazienti. Con l'elastomero a doppio strato rivestito di nanofili, i segnali dell'elettrocardiografo dei pazienti potrebbero essere bloccati per l'uso quotidiano, impedendo la fuga di informazioni mediche sensibili, quindi trasformati in trasparenti quando i loro segnali devono essere monitorati da un medico.

La ricerca è descritta in ACS Nano.

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