Material, ki ga navdihuje lignji, nadzoruje prenos svetlobe, toplote in mikrovalov – Physics World

Material, ki ga navdihuje lignji, nadzoruje prenos svetlobe, toplote in mikrovalov – Physics World

Časovni žig: 13. julij 2023 11

Material, ki ga je navdihnil lignji
Po navdihu lignjev: ta cvetlični prizor je prekrit z diskom iz elastomernega materiala. Na levi strani stisnjen material blokira svetlobo. Na desni strani raztegnjen material prepušča svetlobo. (Z dovoljenjem: ACS Nano/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

Raziskovalci na Kitajskem, ki jih je navdihnila koža lignjev, ki spreminja barvo, so zasnovali material, ki lahko preklaplja med prosojnostjo in neprozornostjo za sevanje pri vidnih, infrardečih in mikrovalovnih valovnih dolžinah. Voden z Zichuan Xu na Tehnološki univerzi Nanyang je ekipa dosegla rezultat z razprševanjem filma srebrne nanožice na specializiran dvosloj elastomera.

Lignji so dobro znani po svoji izjemni sposobnosti spreminjanja barv in vzorcev na koži. V naravi to počnejo, da komunicirajo med seboj in da se kamuflirajo pred plenilci in plenom.

Pri nekaterih vrstah lignjev te spremembe nadzirajo specializirane mišice, ki širijo in krčijo kožo – nekateri deli so raztegnjeni in napeti, drugi pa stisnjeni in nagubani. To spremeni razporeditev specializiranih celic, ki odbijajo in razpršujejo svetlobo, rezultat pa je sprememba celotne barve kože.

V svoji študiji je Xujeva ekipa poskušala posnemati to vedenje v laboratoriju z uporabo materiala "dvoslojni akrilni dielektrični elastomer". Ko je material raztegnjen ravno, je na splošno prozoren za vidno in infrardečo svetlobo – ko pa je stisnjen, se pojavijo gube, ki spreminjajo lomne količnike vsakega dvosloja.

Mehansko preklapljanje

Zaradi gub se vhodni vidni in infrardeči valovi odbijajo in razpršijo od elastomera, namesto da bi šli skozi. Z drugimi besedami, material je mogoče mehansko preklapljati med oddajanjem in blokiranjem vidne svetlobe in sevalne toplote. Vendar pa ta začetna inkarnacija materiala ni bila dobra pri blokiranju in prenosu mikrovalov, ker so mikrovalovne valovne dolžine veliko daljše od infrardeče svetlobe, tako da majhne gube v materialu ne vplivajo na mikrovalove.

Da bi ustvarili material, ki deluje tudi za mikrovalovne pečice, je Xujeva ekipa napršila elastomer s tanko prevleko iz srebrovih nanožic. Ko so raztegnili material do točke, ko je začel pokati, so ugotovili, da mikrovalovi še vedno lahko prehajajo naravnost skozenj. Ker pa je bil material stisnjen in naguban z deformacijo -30 %, ki je stisnil mrežo nanožic, so se vhodni mikrovalovi razpršili in odbili na podoben način kot vidni in infrardeči valovi, ki jih je blokiral dvosloj elastomera pod njim.

Sposobnost materiala, da mehansko preklaplja med prosojnostjo in motnostjo, je obsegala široko spektralno okno: pokriva celoten vidni spekter, infrardeče valovne dolžine do 15.5 mikronov in mikrovalovne valovne dolžine med 24.2–36.6 mm. Njegova struktura je bila tudi izjemno prožna: vzdržala je 500 ciklov raztezanja in stiskanja, medtem ko se je na te mehanske spremembe odzvala v manj kot 1 s.

Material se zdaj pridružuje rastočemu seznamu tehnologij, ki jih navdihuje naravni svet. Xujeva ekipa predvideva številne možne aplikacije v bližnji prihodnosti, vključno z inovacijami v prikritih in kamuflažnih tehnologijah. Material bi lahko uporabili tudi v novih vrstah pametnih oken, ki bi lahko nadzorovala tako svetlobo kot toploto, ki prehaja skozi njih – in tako izboljšala energetsko učinkovitost stavb.

Elastomer bi lahko imel tudi številne uporabe v medicinskih napravah, kot so elektrokardiografi, ki uporabljajo elektrode, nameščene na kožo, za spremljanje srčne aktivnosti bolnikov. Z dvoslojnim elastomerom, prevlečenim z nanožico, bi lahko signale pacientovega elektrokardiografa blokirali za vsakodnevno uporabo, s čimer bi preprečili uhajanje občutljivih zdravstvenih informacij, nato pa preklopili na preglednost, ko mora njihove signale spremljati zdravnik.

Raziskava je opisana v ACS Nano.

Časovni žig:

Več od Svet fizike