Blekksprutinspirert materiale kontrollerer overføringen av lys, varme og mikrobølger – Physics World

Blekksprutinspirert materiale kontrollerer overføringen av lys, varme og mikrobølger – Physics World

Tidsstempel: 13. juli 2023 11:20

Blekksprutinspirert materiale
Blekksprutinspirert: denne blomstrende scenen er dekket av en skive av elastomermaterialet. Til venstre blokkerer det komprimerte materialet lys. Til høyre slipper det strakte materialet lys gjennom. (Høflighet: ACS Nano/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

Inspirert av blekksprutens fargeskiftende hud, har forskere i Kina designet et materiale som kan bytte mellom å være gjennomsiktig og ugjennomsiktig for stråling ved synlige, infrarøde og mikrobølgelengder. Ledet av Zichuan Xu ved Nanyang Technological University oppnådde teamet resultatet ved å spraye en sølv nanotrådfilm på et spesialisert elastomer-dobbeltlag.

Blekksprut er kjent for sin bemerkelsesverdige evne til å endre farger og mønstre på huden. I naturen gjør de dette for å kommunisere med hverandre, og for å kamuflere seg fra rovdyr og byttedyr.

Hos noen blekksprutarter kontrolleres disse endringene av spesialiserte muskler som utvider og trekker sammen huden – noe som etterlater noen deler strukket og stramme, og andre komprimert og rynkete. Dette endrer arrangementet av spesialiserte celler som reflekterer og sprer lys, og resultatet er en endring i hudens generelle farge.

I sin studie forsøkte Xus team å etterligne denne oppførselen i laboratoriet ved å bruke et "tolags akryl dielektrisk elastomer" materiale. Når det strekkes flatt, er materialet generelt gjennomsiktig for synlig og infrarødt lys - men når det komprimeres, oppstår det rynker som varierer brytningsindeksene til hvert dobbeltlag.

Mekanisk kobling

Som et resultat av rynkene blir innkommende synlige og infrarøde bølger reflektert og spredt fra elastomeren, i stedet for å passere gjennom. Materialet kan med andre ord veksles mekanisk mellom å overføre og blokkere synlig lys og strålevarme. Imidlertid var den første inkarnasjonen av materialet ikke god til å blokkere og overføre mikrobølger fordi mikrobølgelengdene er mye lengre enn infrarødt lys, så mikrobølgene er upåvirket av de små rynkene i materialet.

For å lage et materiale som også fungerer for mikrobølger, sprayet Xus team elastomeren med et tynt belegg av sølv nanotråder. Da de strakte materialet til det begynte å sprekke, så de at mikrobølger fortsatt kunne passere rett gjennom. Men da materialet ble komprimert og rynket med en belastning på -30 %, og komprimerte nanotrådnettverket, ble innkommende mikrobølger spredt og reflektert på samme måte som de synlige og infrarøde bølgene, som ble blokkert av elastomer-dobbeltlaget under.

Materialets evne til mekanisk å bytte mellom gjennomsiktighet og opasitet spenner over et bredt spektralvindu: dekker hele det synlige spekteret, infrarøde bølgelengder på opptil 15.5 mikron og mikrobølgelengder mellom 24.2–36.6 mm. Strukturen var også bemerkelsesverdig spenstig: tålte 500 sykluser med strekking og kompresjon, mens den reagerte på disse mekaniske endringene på under 1 s.

Materialet føyer seg nå inn i en voksende liste over teknologier inspirert av den naturlige verden. Xus team ser for seg en rekke mulige bruksområder i nær fremtid, inkludert innovasjoner innen stealth- og kamuflasjeteknologier. Materialet kan også brukes i nye typer smarte vinduer som kan kontrollere både lys og varme som passerer gjennom dem – og dermed forbedre energieffektiviteten til bygninger.

Elastomeren kan også ha mange bruksområder i medisinsk utstyr som elektrokardiografer, som bruker elektroder plassert på huden for å overvåke pasienters hjerteaktivitet. Med den nanotrådbelagte tolagselastomeren kan en pasients elektrokardiografsignaler blokkeres for daglig bruk, og forhindrer at sensitiv medisinsk informasjon lekker, og deretter byttes til å være gjennomsiktig når signalene deres må overvåkes av en lege.

Forskningen er beskrevet i ACS Nano.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden