Vật liệu lấy cảm hứng từ loài mực kiểm soát sự truyền ánh sáng, nhiệt và vi sóng – Physics World

Vật liệu lấy cảm hứng từ loài mực kiểm soát sự truyền ánh sáng, nhiệt và vi sóng – Physics World

Dấu thời gian: 13:2023 sáng ngày 11 tháng 20 năm XNUMX

Vật liệu lấy cảm hứng từ mực
Lấy cảm hứng từ mực: khung cảnh đầy hoa này được bao phủ bởi một đĩa làm bằng vật liệu đàn hồi. Ở bên trái, ánh sáng khối vật chất bị nén lại. Ở bên phải, vật liệu bị kéo căng cho phép ánh sáng xuyên qua. (Lịch sự: ACS Nano/DOI:10.1021/acsnano.3c01836)

Lấy cảm hứng từ làn da thay đổi màu sắc của mực, các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã thiết kế một loại vật liệu có thể chuyển đổi giữa trong suốt và mờ đục thành bức xạ ở các bước sóng nhìn thấy, hồng ngoại và vi sóng. Do Tử Xuyên Từ tại Đại học Công nghệ Nanyang, nhóm nghiên cứu đã đạt được kết quả bằng cách phun một màng dây nano bạc lên một lớp kép đàn hồi chuyên dụng.

Mực nổi tiếng với khả năng thay đổi màu sắc và hoa văn trên da đáng chú ý. Trong tự nhiên, chúng làm điều này để giao tiếp với nhau và ngụy trang khỏi những kẻ săn mồi và con mồi.

Ở một số loài mực, những thay đổi này được kiểm soát bởi các cơ chuyên biệt có tác dụng mở rộng và co da – khiến một số bộ phận bị kéo căng và căng, còn những bộ phận khác bị nén và nhăn lại. Điều này làm thay đổi sự sắp xếp của các tế bào chuyên biệt phản xạ và tán xạ ánh sáng, và kết quả là làm thay đổi màu sắc tổng thể của da.

Trong nghiên cứu của họ, nhóm của Xu đã cố gắng bắt chước hành vi này trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng vật liệu “chất đàn hồi điện môi acrylic hai lớp”. Khi kéo phẳng, vật liệu nói chung trong suốt với ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại – nhưng khi nén lại, các nếp nhăn xuất hiện làm thay đổi chỉ số khúc xạ của mỗi lớp kép.

chuyển mạch cơ học

Do các nếp nhăn, sóng hồng ngoại và sóng nhìn thấy được phản xạ và phân tán khỏi chất đàn hồi, thay vì truyền qua. Nói cách khác, vật liệu có thể được chuyển đổi cơ học giữa truyền và chặn ánh sáng khả kiến ​​và nhiệt bức xạ. Tuy nhiên, hiện thân ban đầu của vật liệu không tốt trong việc ngăn chặn và truyền vi sóng vì bước sóng vi sóng dài hơn nhiều so với ánh sáng hồng ngoại, do đó vi sóng không bị ảnh hưởng bởi các nếp nhăn nhỏ trong vật liệu.

Để tạo ra một vật liệu cũng hoạt động với lò vi sóng, nhóm của Xu đã phun chất đàn hồi bằng một lớp phủ mỏng các dây nano bạc. Khi họ kéo căng vật liệu đến điểm mà nó bắt đầu nứt ra, họ thấy rằng vi sóng vẫn có thể truyền thẳng qua. Nhưng khi vật liệu bị nén và nhăn lại với độ biến dạng -30%, nén chặt mạng lưới dây nano, các vi sóng tới bị phân tán và phản xạ theo cách tương tự như sóng nhìn thấy và sóng hồng ngoại, bị chặn bởi lớp kép đàn hồi bên dưới.

Khả năng chuyển đổi cơ học giữa độ trong suốt và độ mờ của vật liệu kéo dài một cửa sổ quang phổ rộng: bao phủ toàn bộ quang phổ nhìn thấy được, bước sóng hồng ngoại lên tới 15.5 micron và bước sóng vi ba trong khoảng 24.2–36.6 mm. Cấu trúc của nó cũng có khả năng phục hồi đáng kể: chịu đựng 500 chu kỳ kéo giãn và nén, đồng thời phản ứng với những thay đổi cơ học này trong vòng chưa đầy 1 giây.

Vật liệu này hiện tham gia vào danh sách ngày càng nhiều các công nghệ lấy cảm hứng từ thế giới tự nhiên. Nhóm của Xu dự kiến ​​sẽ có nhiều ứng dụng khả thi trong tương lai gần, bao gồm cả những đổi mới trong công nghệ tàng hình và ngụy trang. Vật liệu này cũng có thể được sử dụng trong các loại cửa sổ thông minh mới có thể kiểm soát cả ánh sáng và nhiệt đi qua chúng – nhờ đó cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của các tòa nhà.

Chất đàn hồi này cũng có thể có nhiều ứng dụng trong các thiết bị y tế như máy đo điện tâm đồ, sử dụng các điện cực đặt trên da để theo dõi hoạt động của tim bệnh nhân. Với chất đàn hồi hai lớp phủ dây nano, tín hiệu điện tâm đồ của bệnh nhân có thể bị chặn để sử dụng hàng ngày, ngăn thông tin y tế nhạy cảm bị rò rỉ, sau đó chuyển sang dạng trong suốt khi tín hiệu của họ cần được bác sĩ theo dõi.

Nghiên cứu được mô tả trong ACS Nano.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý