วัสดุที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกควบคุมการส่งผ่านของแสง ความร้อน และไมโครเวฟ – Physics World

นักวิจัยในประเทศจีนได้ออกแบบวัสดุที่สามารถสลับระหว่างความโปร่งใสและทึบแสงเป็นรังสีที่ความยาวคลื่นที่มองเห็น อินฟราเรด และไมโครเวฟได้แรงบันดาลใจจากผิวปลาหมึกเปลี่ยนสี นำโดย ซือชวน ซู ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง ทีมงานประสบความสำเร็จในการพ่นฟิล์มนาโนลวดเงินลงบนชั้นอีลาสโตเมอร์ชนิดพิเศษ

ปลาหมึกเป็นที่รู้จักกันดีในด้านความสามารถที่โดดเด่นในการเปลี่ยนสีและลวดลายบนผิวหนัง โดยธรรมชาติแล้ว พวกมันทำสิ่งนี้เพื่อสื่อสารระหว่างกัน และเพื่ออำพรางตัวเองจากผู้ล่าและเหยื่อ

ในปลาหมึกบางสายพันธุ์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ถูกควบคุมโดยกล้ามเนื้อพิเศษที่จะขยายและหดตัวของผิวหนัง โดยปล่อยให้บางส่วนถูกยืดและตึง และส่วนอื่นๆ ถูกบีบอัดและย่น ซึ่งจะเปลี่ยนการจัดเรียงเซลล์เฉพาะที่สะท้อนและกระจายแสง และผลที่ตามมาก็คือการเปลี่ยนแปลงของสีผิวโดยรวม

ในการศึกษา ทีมของ Xu พยายามเลียนแบบพฤติกรรมนี้ในห้องปฏิบัติการโดยใช้วัสดุ "bilayer acrylic dielectric elastomer" เมื่อยืดออกให้แบน โดยทั่วไปวัสดุจะโปร่งใสต่อแสงที่มองเห็นได้และแสงอินฟราเรด แต่เมื่อถูกบีบอัด จะเกิดริ้วรอยซึ่งเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสงของชั้นสองชั้นแต่ละชั้น

การสลับทางกล

ผลของริ้วรอย คลื่นอินฟราเรดที่มองเห็นและอินฟราเรดที่เข้ามาจะถูกสะท้อนและกระจายออกจากอีลาสโตเมอร์ แทนที่จะไหลผ่าน กล่าวอีกนัยหนึ่ง วัสดุนี้สามารถสลับทางกลไกระหว่างการส่งผ่านและการปิดกั้นแสงที่มองเห็นและความร้อนจากการแผ่รังสี อย่างไรก็ตาม การกำเนิดใหม่ของวัสดุนั้นไม่สามารถปิดกั้นและส่งคลื่นไมโครเวฟได้ดีนัก เนื่องจากความยาวคลื่นไมโครเวฟยาวกว่าแสงอินฟราเรดมาก ดังนั้นไมโครเวฟจึงไม่ได้รับผลกระทบจากรอยยับเล็กๆ ในวัสดุ

ในการสร้างวัสดุที่ใช้กับไมโครเวฟได้ ทีมงานของ Xu ได้พ่นอีลาสโตเมอร์ด้วยการเคลือบเส้นลวดนาโนสีเงินบางๆ ขณะที่พวกเขายืดวัสดุจนถึงจุดที่เริ่มแตก พวกเขาพบว่าไมโครเวฟยังคงสามารถทะลุผ่านได้ แต่ในขณะที่วัสดุถูกบีบอัดและย่นด้วยความเครียด -30% ซึ่งทำให้เครือข่ายลวดนาโนกระชับขึ้น ไมโครเวฟที่เข้ามาก็กระจัดกระจายและสะท้อนในลักษณะเดียวกันกับคลื่นที่มองเห็นและคลื่นอินฟราเรด ซึ่งถูกปิดกั้นโดยชั้นอีลาสโตเมอร์ที่อยู่ด้านล่าง

เลียนแบบหนังปลาหมึกเพื่อปรับปรุงผ้าห่มควบคุมอุณหภูมิ

ความสามารถของวัสดุในการสลับระหว่างความโปร่งใสและความทึบโดยกลไกครอบคลุมหน้าต่างสเปกตรัมกว้าง: ครอบคลุมสเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมด ความยาวคลื่นอินฟราเรดสูงถึง 15.5 ไมครอน และความยาวคลื่นไมโครเวฟระหว่าง 24.2–36.6 มม. โครงสร้างยังยืดหยุ่นได้อย่างน่าทึ่ง: ทนทานต่อการยืดและแรงอัด 500 รอบ ขณะเดียวกันก็ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงทางกลไกเหล่านี้ได้ภายในเวลาไม่ถึง 1 วินาที

วัสดุดังกล่าวได้รวมอยู่ในรายชื่อเทคโนโลยีที่ได้รับแรงบันดาลใจจากโลกธรรมชาติเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ทีมงานของ Xu จินตนาการถึงการใช้งานที่เป็นไปได้มากมายในอนาคตอันใกล้นี้ รวมถึงนวัตกรรมในเทคโนโลยีการพรางตัวและการพรางตัว วัสดุนี้ยังสามารถนำมาใช้ในหน้าต่างอัจฉริยะรูปแบบใหม่ที่สามารถควบคุมทั้งแสงและความร้อนที่ไหลผ่านได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคาร

อีลาสโตเมอร์ยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้มากมายในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ซึ่งใช้อิเล็กโทรดที่วางอยู่บนผิวหนังเพื่อติดตามการทำงานของหัวใจของผู้ป่วย ด้วยอีลาสโตเมอร์สองชั้นที่เคลือบด้วยลวดนาโน สัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจของผู้ป่วยอาจถูกบล็อกเพื่อใช้ในชีวิตประจำวัน ป้องกันไม่ให้ข้อมูลทางการแพทย์ที่ละเอียดอ่อนรั่วไหล จากนั้นจึงเปลี่ยนมาเป็นแบบโปร่งใสเมื่อสัญญาณจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบโดยแพทย์

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ACS Nano.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. ยานยนต์ / EVs, คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• BlockOffsets การปรับปรุงการเป็นเจ้าของออฟเซ็ตด้านสิ่งแวดล้อมให้ทันสมัย เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/squid-inspired-material-controls-the-transmission-of-light-heat-and-microwaves/