Op inktvis geïnspireerd materiaal regelt de transmissie van licht, warmte en microgolven - Physics World

Op inktvis geïnspireerd materiaal regelt de transmissie van licht, warmte en microgolven - Physics World

Tijdstempel: 13 juli 2023 11:20 uur

Op inktvis geïnspireerd materiaal
Op inktvis geïnspireerd: dit bloemrijke tafereel is bedekt met een schijf van elastomeermateriaal. Aan de linkerkant blokkeert het gecomprimeerde materiaal het licht. Aan de rechterkant laat het uitgerekte materiaal licht door. (Beleefdheid: ACS Nano/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

Geïnspireerd door de van kleur veranderende huid van inktvis, hebben onderzoekers in China een materiaal ontworpen dat kan schakelen tussen transparant en ondoorzichtig voor straling op zichtbare, infrarode en microgolfgolflengten. Geleid door Zichuan Xu aan de Nanyang Technological University bereikte het team het resultaat door een zilveren nanodraadfilm op een gespecialiseerde elastomeerdubbellaag te spuiten.

Inktvissen staan ​​bekend om hun opmerkelijke vermogen om de kleuren en patronen op hun huid te veranderen. In de natuur doen ze dit om met elkaar te communiceren en om zich te camoufleren voor roofdieren en prooien.

Bij sommige soorten inktvissen worden deze veranderingen gecontroleerd door gespecialiseerde spieren die de huid uitzetten en samentrekken, waardoor sommige delen uitgerekt en strak blijven, en andere samengedrukt en gerimpeld. Dit verandert de opstelling van gespecialiseerde cellen die licht reflecteren en verstrooien, en het resultaat is een verandering in de algehele kleur van de huid.

In hun studie probeerde het team van Xu dit gedrag in het laboratorium na te bootsen door een "dubbellaags acryl diëlektrisch elastomeer" materiaal te gebruiken. Wanneer het materiaal plat wordt uitgerekt, is het over het algemeen transparant voor zichtbaar en infrarood licht, maar wanneer het wordt samengedrukt, verschijnen er rimpels die de brekingsindices van elke dubbellaag variëren.

Mechanisch schakelen

Als gevolg van de rimpels worden binnenkomende zichtbare en infrarode golven gereflecteerd en verstrooid door het elastomeer, in plaats van er doorheen te gaan. Met andere woorden, het materiaal kan mechanisch worden geschakeld tussen het doorlaten en blokkeren van zichtbaar licht en stralingswarmte. Die eerste incarnatie van het materiaal was echter niet goed in het blokkeren en uitzenden van microgolven, omdat microgolfgolflengten veel langer zijn dan infrarood licht, dus microgolven worden niet beïnvloed door de kleine rimpels in het materiaal.

Om een ​​materiaal te maken dat ook geschikt is voor microgolven, bespoot het team van Xu het elastomeer met een dunne laag zilveren nanodraden. Terwijl ze het materiaal uitrekten tot het punt waarop het begon te barsten, zagen ze dat microgolven er nog steeds recht doorheen konden gaan. Maar terwijl het materiaal werd samengedrukt en gerimpeld met een spanning van -30%, waardoor het nanodraadnetwerk werd verdicht, werden binnenkomende microgolven verstrooid en gereflecteerd op dezelfde manier als de zichtbare en infrarode golven, die werden geblokkeerd door de elastomeer dubbellaag eronder.

Het vermogen van het materiaal om mechanisch te schakelen tussen transparantie en ondoorzichtigheid overspande een breed spectraal venster: het omvatte het gehele zichtbare spectrum, infraroodgolflengten tot 15.5 micron en microgolfgolflengten tussen 24.2–36.6 mm. De structuur was ook opmerkelijk veerkrachtig: doorstond 500 cycli van uitrekken en samendrukken, terwijl het in minder dan 1 seconde op deze mechanische veranderingen reageerde.

Het materiaal voegt zich nu bij een groeiende lijst van technologieën die zijn geïnspireerd door de natuurlijke wereld. Het team van Xu voorziet in de nabije toekomst tal van mogelijke toepassingen, waaronder innovaties op het gebied van stealth- en camouflagetechnologieën. Het materiaal zou ook kunnen worden gebruikt in nieuwe soorten slimme ramen die zowel het licht als de warmte die er doorheen gaan kunnen regelen, waardoor de energie-efficiëntie van gebouwen wordt verbeterd.

Het elastomeer zou ook tal van toepassingen kunnen hebben in medische apparaten zoals elektrocardiografen, die elektroden gebruiken die op de huid worden geplaatst om de hartactiviteit van patiënten te controleren. Met het met nanodraad gecoate dubbellaagse elastomeer kunnen de elektrocardiograafsignalen van een patiënt worden geblokkeerd voor dagelijks gebruik, waardoor wordt voorkomen dat gevoelige medische informatie wordt gelekt, en vervolgens worden overgeschakeld naar transparant wanneer hun signalen moeten worden gecontroleerd door een arts.

Het onderzoek is beschreven in ACS Nano.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld