Materiał inspirowany kałamarnicami kontroluje transmisję światła, ciepła i mikrofal – Physics World

Zainspirowani zmieniającą kolor skórą kałamarnicy, naukowcy z Chin zaprojektowali materiał, który może przełączać się między przezroczystością a nieprzezroczystością dla promieniowania w zakresie widzialnym, podczerwonym i mikrofalowym. Prowadzone przez Zichuan Xu na Uniwersytecie Technologicznym w Nanyang zespół osiągnął ten wynik, natryskując warstwę srebrnego nanodrutu na specjalistyczną dwuwarstwę elastomeru.

Kałamarnice są dobrze znane ze swojej niezwykłej zdolności do zmiany kolorów i wzorów na skórze. W naturze robią to, aby komunikować się ze sobą i maskować się przed drapieżnikami i ofiarami.

U niektórych gatunków kałamarnic zmiany te są kontrolowane przez wyspecjalizowane mięśnie, które rozszerzają i kurczą skórę – pozostawiając niektóre części rozciągnięte i napięte, a inne ściśnięte i pomarszczone. Zmienia to rozmieszczenie wyspecjalizowanych komórek, które odbijają i rozpraszają światło, a rezultatem jest zmiana ogólnego koloru skóry.

W swoich badaniach zespół Xu próbował naśladować to zachowanie w laboratorium, używając „dwuwarstwowego akrylowego elastomeru dielektrycznego”. Po rozciągnięciu na płasko materiał jest na ogół przezroczysty dla światła widzialnego i podczerwonego, ale po ściśnięciu pojawiają się zmarszczki, które zmieniają współczynniki załamania światła każdej dwuwarstwowej.

Przełączanie mechaniczne

W wyniku zmarszczek nadchodzące fale widzialne i podczerwone są odbijane i rozpraszane od elastomeru, zamiast przechodzić przez nie. Innymi słowy, materiał można mechanicznie przełączać między przepuszczaniem i blokowaniem światła widzialnego i promieniowania cieplnego. Jednak to początkowe wcielenie materiału nie było dobre w blokowaniu i przepuszczaniu mikrofal, ponieważ długości fal mikrofal są znacznie dłuższe niż światło podczerwone, więc małe zmarszczki w materiale nie mają wpływu na mikrofale.

Aby stworzyć materiał, który działa również na mikrofale, zespół Xu spryskał elastomer cienką warstwą srebrnych nanodrutów. Kiedy rozciągnęli materiał do punktu, w którym zaczął pękać, zobaczyli, że mikrofale nadal mogą przechodzić prosto. Ale ponieważ materiał został ściśnięty i pomarszczony przy naprężeniu -30%, zagęszczając sieć nanoprzewodów, przychodzące mikrofale zostały rozproszone i odbite w podobny sposób, jak fale widzialne i podczerwone, które zostały zablokowane przez dwuwarstwę elastomeru pod spodem.

Naśladowanie skóry kałamarnicy w celu poprawy termoregulacji koców

Zdolność materiału do mechanicznego przełączania się między przezroczystością a nieprzezroczystością obejmowała szerokie okno widmowe: obejmujące całe widmo widzialne, fale podczerwone do 15.5 mikrona i długości fal mikrofalowych między 24.2–36.6 mm. Jego struktura była również niezwykle sprężysta: wytrzymywała 500 cykli rozciągania i ściskania, reagując na te mechaniczne zmiany w mniej niż 1 sekundę.

Materiał dołącza teraz do rosnącej listy technologii inspirowanych światem przyrody. Zespół Xu przewiduje wiele możliwych zastosowań w najbliższej przyszłości, w tym innowacje w technologiach stealth i kamuflażu. Materiał mógłby być również stosowany w nowych typach inteligentnych okien, które mogłyby kontrolować zarówno światło, jak i ciepło przechodzące przez nie, poprawiając w ten sposób efektywność energetyczną budynków.

Elastomer może mieć również liczne zastosowania w urządzeniach medycznych, takich jak elektrokardiografy, które wykorzystują elektrody umieszczane na skórze do monitorowania czynności serca pacjentów. Dwuwarstwowy elastomer pokryty nanoprzewodami umożliwia blokowanie sygnałów elektrokardiografu pacjentów do codziennego użytku, zapobiegając wyciekowi poufnych informacji medycznych, a następnie przełączanie ich na przezroczyste, gdy ich sygnały muszą być monitorowane przez lekarza.

Badania opisano w ACS Nano.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/squid-inspired-material-controls-the-transmission-of-light-heat-and-microwaves/