Матеріал, натхненний кальмарами, контролює передачу світла, тепла та мікрохвиль – Physics World

Матеріал, натхненний кальмарами, контролює передачу світла, тепла та мікрохвиль – Physics World

Мітка часу: 13 липня 2023 р., 11:20

Матеріал, натхненний Squid
Натхненний кальмарами: ця квіткова сцена покрита диском з еластомерного матеріалу. Ліворуч стиснутий матеріал блокує світло. Праворуч натягнутий матеріал пропускає світло. (З дозволу: ACS Nano/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

Натхненні шкірою кальмарів, що змінює колір, дослідники з Китаю розробили матеріал, який може змінювати прозорість і непрозорість для випромінювання видимого, інфрачервоного та мікрохвильового діапазонів. На чолі з Цзичуань Сюй в Наньянському технологічному університеті команда досягла результату, напиливши плівку срібного нанодроту на спеціалізований подвійний шар еластомеру.

Кальмари добре відомі своєю дивовижною здатністю змінювати кольори та візерунки на своїй шкірі. У природі вони роблять це, щоб спілкуватися один з одним і маскуватися від хижаків і здобичі.

У деяких видів кальмарів ці зміни контролюються спеціалізованими м’язами, які розширюють і стискають шкіру, залишаючи одні частини розтягнутими та натягнутими, а інші – стиснутими та зморшкуватими. Це змінює розташування спеціалізованих клітин, які відбивають і розсіюють світло, в результаті чого змінюється загальний колір шкіри.

У своєму дослідженні команда Сю намагалася імітувати цю поведінку в лабораторії, використовуючи матеріал «двошаровий акриловий діелектричний еластомер». У розтягнутому стані матеріал, як правило, прозорий для видимого та інфрачервоного світла, але при стисненні з’являються зморшки, які змінюють показники заломлення кожного подвійного шару.

Механічне перемикання

У результаті зморшок вхідні видимі та інфрачервоні хвилі відбиваються та розсіюються від еластомеру, а не проходять крізь нього. Іншими словами, матеріал може механічно перемикатися між пропусканням і блокуванням видимого світла та променистого тепла. Однак це початкове втілення матеріалу не було добре для блокування та пропускання мікрохвиль, оскільки довжина хвилі мікрохвиль набагато довша, ніж інфрачервоне світло, тому мікрохвилі не впливають на дрібні зморшки в матеріалі.

Щоб створити матеріал, який також підходить для мікрохвильових печей, команда Сю нанесла на еластомер тонкий шар срібних нанодротів. Коли вони розтягнули матеріал до точки, де він почав тріскатися, вони побачили, що мікрохвилі все ще можуть проходити прямо. Але оскільки матеріал був стиснутий і зморщений із деформацією -30%, ущільнюючи нанодротяну мережу, вхідні мікрохвилі розсіювались і відбивалися подібним чином, як видимі та інфрачервоні хвилі, які були заблоковані подвійним шаром еластомеру під ним.

Здатність матеріалу механічно перемикатися між прозорістю та непрозорістю охоплювала широке спектральне вікно: охоплювало весь видимий спектр, інфрачервоні хвилі до 15.5 мікрон та мікрохвилі від 24.2 до 36.6 мм. Його структура також була надзвичайно пружною: витримала 500 циклів розтягування та стиснення, реагуючи на ці механічні зміни менш ніж за 1 секунду.

Тепер цей матеріал приєднався до зростаючого списку технологій, натхненних природним світом. Команда Сю передбачає численні можливості застосування в найближчому майбутньому, включаючи інновації в технологіях стелс і камуфляж. Цей матеріал також можна використовувати в нових типах розумних вікон, які могли б контролювати як світло, так і тепло, що проходить через них, тим самим підвищуючи енергоефективність будівель.

Еластомер також може мати численні застосування в медичних пристроях, таких як електрокардіографи, які використовують електроди, розміщені на шкірі, щоб контролювати серцеву діяльність пацієнтів. Завдяки двошаровому еластомеру, покритому нанодротом, сигнали електрокардіографа пацієнтів можуть бути заблоковані для повсякденного використання, запобігаючи витоку конфіденційної медичної інформації, а потім перемикаються на прозорість, коли їхні сигнали потрібно контролювати лікарю.

Дослідження описано в ACS Nano.

Часова мітка:

Більше від Світ фізики