Nagyfrekvenciájú terahertzben A hullámok nagy lehetőségeket rejtenek számos alkalmazásban, beleértve a következő generációs orvosi képalkotást és kommunikációt. Az aerogélek jó kiegészítői lehetnek ehhez.
A svéd Linköping Egyetem kutatói az Advanced Science folyóiratban megjelent tanulmányukban kimutatták, hogy a terahertz fény áteresztése cellulózból és vezető polimerből készült aerogélen keresztül hangolható. Ez egy fontos lépés a terahertz-hullámok további alkalmazásainak feloldásához
Vezető polimer-cellulóz aerogél és optikai mérőrendszer. A kép forrása: Thor Balkhed/Linköping Egyetem
A terahertz tartomány az elektromágneses spektrumon a mikrohullámok és az infravörös fény közötti hullámhosszokat fedi le. Nagyon magas frekvenciája van.
Ennek köszönhetően sok kutató úgy véli, hogy a terahertz-tartományban nagy lehetőségek rejlenek többek között az űrkutatásban, a biztonságtechnikában és a kommunikációs rendszerekben. Az orvosi képalkotásban a röntgenvizsgálatok érdekes helyettesítője lehet, mivel a hullámok a legtöbb nem vezető anyagon át tudnak haladni anélkül, hogy bármilyen szövetet károsítanának.
Azonban számos technológiai akadályt le kell küzdeni, mielőtt a terahertzes jelek széles körben használhatók lesznek. Például nehéz terahertz sugárzást hatékonyan létrehozni, és olyan anyagokra van szükség, amelyek képesek fogadni és beállítani a terahertz hullámok átvitelét.
Állítható szűrő
A Linköping Egyetem kutatói most egy olyan anyagot fejlesztettek ki, amelynek terahertzes jeleinek elnyelését redoxreakcióval lehet be- és kikapcsolni. Anyaga aerogél, amely a világ egyik legkönnyebb szilárd anyaga.
„Olyan, mint egy állítható szűrő a terahertzes fényhez. Az egyik állapotban az elektromágneses jel nem nyelődik el, a másikban pedig igen. Ez a tulajdonság hasznos lehet az űrből érkező nagy hatótávolságú jelek vagy radarjelek esetén” – mondja Shangzhi Chen, a Linköping Egyetem Szerves Elektronikai Laboratóriumának (LOE) posztdoktorija.
A linköpingi kutatók vezetőképes polimert, a PEDOT:PSS-t és cellulózt használtak az aerogél létrehozásához. Az aerogélt a kültéri alkalmazásokat is szem előtt tartva tervezték. Egyszerre vízlepergető (hidrofób), és természetesen leolvasztható a napfény általi melegítéssel.
Nagy modulációs tartomány
A vezető polimerek számos előnnyel rendelkeznek a hangolható anyagok előállításához használt egyéb anyagokkal szemben. Többek között biokompatibilisek, strapabíróak és remekül hangolhatóak. A hangolhatóság az anyag töltéssűrűségének megváltoztatásának képességéből fakad. A cellulóz nagy előnye a viszonylag alacsony előállítási költség más hasonló anyagokhoz képest, valamint az, hogy megújuló anyag, amely kulcsfontosságú a fenntartható alkalmazásokhoz.
"A terahertz hullámok átvitele széles frekvenciatartományban körülbelül 13% és 91% között szabályozható, ami nagyon nagy modulációs tartomány" - mondja Chaoyang Kuang, a LOE posztdoktorija.
A tanulmányt többek között a Svéd Kutatási Tanács, a Stratégiai Kutatások Alapítványa, a Felsőoktatás és Kutatás Nemzetköziesítéséért Alapítvány, a Knut és Alice Wallenberg Alapítvány, a Wallenberg Fatudományi Központ, valamint a svéd kormány stratégiai kezdeményezése finanszírozta. új funkcionális anyagokban, az AFM-ben, a Linköping Egyetemen.
Cikk: Vezető polimer-cellulóz aerogélen alapuló kapcsolható szélessávú terahertz abszorberek; 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; Haladó tudomány, közzétéve online 23. november 2023-án. DOI: 10.1002/advs.202305898
tények: A terahertz tartomány lefedi azokat a hullámhosszakat, amelyek az elektromágneses spektrumon a mikrohullámok és az infravörös fény között helyezkednek el. A hullámok szélessége 0.1 és 1 milliméter közötti, frekvenciája pedig legalább 0.3 terahertz és legfeljebb 30 terahertz. Az 1 terahertz azt jelenti, hogy egy másodperc alatt 1000 milliárd hullámot küldenek vagy fogadnak.
Írta: Anders Törneholm
Forrás: Linköpingi Egyetem
