Υψηλής συχνότητας terahertz Τα κύματα έχουν μεγάλες δυνατότητες για μια σειρά από εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της ιατρικής απεικόνισης και της επικοινωνίας επόμενης γενιάς. Τα Aerogels θα μπορούσαν να είναι μια ωραία προσθήκη σε αυτό.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Linköping της Σουηδίας έδειξαν, σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Science, ότι η μετάδοση του φωτός terahertz μέσω ενός αερογέλης από κυτταρίνη και ενός αγώγιμου πολυμερούς μπορεί να συντονιστεί. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα για να ξεκλειδώσετε περισσότερες εφαρμογές για κύματα terahertz
Αγωγή πολυμερούς-κυτταρίνης αερογέλης και διάταξη οπτικής μέτρησης. Πίστωση εικόνας: Thor Balkhed/Linköping University
Η περιοχή terahertz καλύπτει μήκη κύματος που βρίσκονται μεταξύ των μικροκυμάτων και του υπέρυθρου φωτός στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Έχει πολύ υψηλή συχνότητα.
Χάρη σε αυτό, πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι η σειρά terahertz έχει μεγάλες δυνατότητες για χρήση στην εξερεύνηση του διαστήματος, στην τεχνολογία ασφαλείας και στα συστήματα επικοινωνίας, μεταξύ άλλων. Στην ιατρική απεικόνιση, μπορεί επίσης να είναι ένα ενδιαφέρον υποκατάστατο για τις εξετάσεις ακτίνων Χ, καθώς τα κύματα μπορούν να περάσουν από τα περισσότερα μη αγώγιμα υλικά χωρίς να καταστρέψουν κανέναν ιστό.
Ωστόσο, υπάρχουν πολλά τεχνολογικά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν προτού τα σήματα terahertz μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως. Για παράδειγμα, είναι δύσκολο να δημιουργηθεί ακτινοβολία terahertz με αποτελεσματικό τρόπο και χρειάζονται υλικά που μπορούν να λάβουν και να ρυθμίσουν τη μετάδοση των κυμάτων terahertz.
Ρυθμιζόμενο φίλτρο
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Linköping έχουν τώρα αναπτύξει ένα υλικό του οποίου η απορρόφηση των σημάτων terahertz μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί μέσω μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής. Το υλικό είναι ένα αερογέλη, το οποίο είναι ένα από τα ελαφρύτερα στερεά υλικά στον κόσμο.
«Είναι σαν ένα ρυθμιζόμενο φίλτρο για φως terahertz. Στη μία κατάσταση, το ηλεκτρομαγνητικό σήμα δεν θα απορροφηθεί και στην άλλη κατάσταση μπορεί. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να είναι χρήσιμη για σήματα μεγάλης εμβέλειας από το διάστημα ή σήματα ραντάρ», λέει ο Shangzhi Chen, μεταδιδακτορικός στο Εργαστήριο Οργανικής Ηλεκτρονικής, LOE, στο Πανεπιστήμιο Linköping.
Οι ερευνητές του Linköping χρησιμοποίησαν ένα αγώγιμο πολυμερές, PEDOT:PSS, και κυτταρίνη για να δημιουργήσουν την αερογέλη τους. Σχεδίασαν επίσης το airgel έχοντας κατά νου εφαρμογές σε εξωτερικούς χώρους. Είναι τόσο υδατοαπωθητικό (υδρόφοβο) και μπορεί να αποψυχθεί φυσικά μέσω θέρμανσης από το ηλιακό φως.
Μεγάλο εύρος διαμόρφωσης
Τα αγώγιμα πολυμερή έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία συντονίσιμων υλικών. Μεταξύ άλλων, είναι βιοσυμβατά, ανθεκτικά και έχουν μεγάλη δυνατότητα συντονισμού. Η δυνατότητα συντονισμού προέρχεται από τη δυνατότητα αλλαγής της πυκνότητας φορτίου στο υλικό. Τα μεγάλα πλεονεκτήματα της κυτταρίνης είναι το σχετικά χαμηλό κόστος παραγωγής σε σύγκριση με άλλα παρόμοια υλικά και ότι είναι ένα ανανεώσιμο υλικό που είναι βασικό για βιώσιμες εφαρμογές.
«Η μετάδοση των κυμάτων terahertz σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων θα μπορούσε να ρυθμιστεί μεταξύ περίπου 13 % και 91 %, που είναι ένα πολύ μεγάλο εύρος διαμόρφωσης», λέει ο Chaoyang Kuang, μεταδιδακτορικός στο LOE.
Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε, μεταξύ άλλων, από το Σουηδικό Ερευνητικό Συμβούλιο, το Ίδρυμα Στρατηγικής Έρευνας, το Ίδρυμα Διεθνοποίησης της Ανώτατης Εκπαίδευσης και Έρευνας, το Ίδρυμα Knut and Alice Wallenberg, το Wallenberg Wood Science Centre και μέσω της στρατηγικής πρωτοβουλίας της σουηδικής κυβέρνησης σε νέα λειτουργικά υλικά, AFM, στο Πανεπιστήμιο Linköping.
Άρθρο: Εναλλαγή ευρυζωνικών απορροφητών Terahertz που βασίζονται σε αγώγιμα αερογέλη πολυμερούς-κυτταρίνης; Chaoyang Kuang, Shangzhi Chen, Min Luo, Qilun Zhang, Xiao Sun, Shaobo Han, Qingqing Wang, Vallery Stanishev, Vanya Darakchieva, Reverant Crispin, Mats Fahlman, Dan Zhao, Qiye Wen, Magnus P. Jonsson; Προχωρημένη Επιστήμη, που δημοσιεύτηκε ηλεκτρονικά στις 23 Νοεμβρίου 2023. DOI: 10.1002/advs.202305898
Γεγονότα: Η περιοχή terahertz καλύπτει τα μήκη κύματος που βρίσκονται μεταξύ των μικροκυμάτων και του υπέρυθρου φωτός στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Τα κύματα έχουν πλάτος μεταξύ 0.1 και 1 χιλιοστού και η συχνότητα είναι τουλάχιστον 0.3 terahertz και το πολύ 30 terahertz. 1 terahertz σημαίνει ότι 1000 δισεκατομμύρια κύματα στέλνονται ή λαμβάνονται σε ένα δευτερόλεπτο.
Γράφτηκε από τον Anders Törneholm
πηγή: Linköping University
