오징어에서 영감을 받은 재료로 빛, 열 및 마이크로파의 전송 제어 – Physics World

오징어에서 영감을 받은 재료로 빛, 열 및 마이크로파의 전송 제어 – Physics World

타임 스탬프 : 13 년 2023 월 11 일 오전 20:XNUMX

오징어에서 영감을 얻은 재료
오징어에서 영감을 받은: 이 꽃이 만발한 장면은 엘라스토머 소재의 디스크로 오버레이됩니다. 왼쪽에는 압축된 재료가 빛을 차단합니다. 오른쪽에는 늘어난 재료가 빛을 투과시킵니다. (예의: ACS 나노/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

오징어의 색이 변하는 피부에서 영감을 받아 중국의 연구원들은 가시광선, 적외선 및 극초단파 파장의 방사선에 대해 투명과 불투명 사이를 전환할 수 있는 재료를 설계했습니다. 주도 쑤 쯔촨 Nanyang Technological University의 팀은 특수 엘라스토머 이중층에 은 나노와이어 필름을 분사하여 결과를 얻었습니다.

오징어는 피부의 색상과 패턴을 바꾸는 놀라운 능력으로 잘 알려져 있습니다. 자연에서 그들은 서로 의사 소통하고 포식자와 먹이로부터 자신을 위장하기 위해 이렇게 합니다.

일부 오징어 종에서 이러한 변화는 피부를 확장 및 수축하는 특수 근육에 의해 제어되어 일부 부분은 늘어나고 팽팽하게, 다른 부분은 압축되고 주름지게 됩니다. 이것은 빛을 반사하고 산란시키는 특화된 세포의 배열을 변경하고 그 결과 피부의 전체 색상이 변경됩니다.

연구에서 Xu의 팀은 "이중층 아크릴 유전체 엘라스토머" 재료를 사용하여 실험실에서 이 동작을 모방하려고 시도했습니다. 평평하게 펴면 재료는 일반적으로 가시 광선 및 적외선에 투명하지만 압축되면 각 이중층의 굴절률이 달라지는 주름이 나타납니다.

기계적 스위칭

주름으로 인해 들어오는 가시광선과 적외선이 통과하는 대신 엘라스토머에서 반사 및 산란됩니다. 즉, 재료는 가시광선과 복사열의 투과와 차단 사이를 기계적으로 전환할 수 있습니다. 그러나 이 물질의 초기 화신은 마이크로파 파장이 적외선보다 훨씬 길기 때문에 마이크로파를 차단하고 전송하는 데 좋지 않았습니다. 따라서 마이크로파는 물질의 작은 주름에 의해 영향을 받지 않습니다.

마이크로웨이브에서도 작동하는 재료를 만들기 위해 Xu의 팀은 은 나노와이어의 얇은 코팅으로 엘라스토머를 분사했습니다. 재료가 갈라지기 시작하는 지점까지 재료를 늘렸을 때 마이크로파가 여전히 똑바로 통과할 수 있음을 확인했습니다. 그러나 재료가 -30%의 변형률로 압축되고 구겨져 나노와이어 네트워크가 압축됨에 따라 들어오는 마이크로웨이브가 산란되고 가시광선 및 적외선과 유사한 방식으로 반사되어 아래의 엘라스토머 이중층에 의해 차단되었습니다.

투명도와 불투명도 사이를 기계적으로 전환하는 재료의 능력은 전체 가시 스펙트럼, 최대 15.5미크론의 적외선 파장 및 24.2~36.6mm 사이의 마이크로파 파장을 포함하는 넓은 스펙트럼 창에 걸쳐 있습니다. 그 구조는 또한 매우 탄력적이었습니다. 500주기의 스트레칭과 압축을 견디면서 이러한 기계적 변화에 1초 이내에 반응했습니다.

이 소재는 이제 자연 세계에서 영감을 얻은 점점 더 많은 기술 목록에 합류했습니다. Xu의 팀은 스텔스 및 위장 기술의 혁신을 포함하여 가까운 미래에 수많은 가능한 응용 프로그램을 예상합니다. 이 소재는 또한 통과하는 빛과 열을 모두 제어할 수 있는 새로운 유형의 스마트 창에 사용될 수 있어 건물의 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.

엘라스토머는 또한 환자의 심장 활동을 모니터링하기 위해 피부에 배치된 전극을 사용하는 심전계와 같은 의료 기기에서 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 나노와이어 코팅 이중층 엘라스토머를 사용하면 일상적인 사용을 위해 환자의 심전계 신호를 차단하여 민감한 의료 정보가 누출되는 것을 방지하고 의사가 신호를 모니터링해야 할 때 투명하게 전환할 수 있습니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. ACS 나노.

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