Augstfrekvences teraherci viļņiem ir liels potenciāls vairākiem lietojumiem, tostarp nākamās paaudzes medicīniskajai attēlveidošanai un saziņai. Aerogeli varētu būt jauks papildinājums.
Pētnieki Linkēpingas Universitātē, Zviedrijā, žurnālā Advanced Science publicētajā pētījumā ir parādījuši, ka terahercu gaismas pārraidi caur aerogelu, kas izgatavots no celulozes un vadoša polimēra, var noregulēt. Šis ir svarīgs solis, lai atbloķētu vairāk terahercu viļņu lietojumprogrammu
Vadoša polimēra-celulozes aerogela un optikas mērīšanas iekārta. Attēla kredīts: Thor Balkhed / Linkēpingas universitāte
Terahercu diapazons aptver viļņu garumus, kas atrodas starp mikroviļņiem un infrasarkano gaismu elektromagnētiskajā spektrā. Tam ir ļoti augsta frekvence.
Pateicoties tam, daudzi pētnieki uzskata, ka terahercu diapazonam cita starpā ir liels potenciāls izmantošanai kosmosa izpētē, drošības tehnoloģijās un sakaru sistēmās. Medicīniskajā attēlveidošanā tas var būt arī interesants aizstājējs rentgena izmeklējumiem, jo viļņi var iziet cauri lielākajai daļai nevadošu materiālu, nesabojājot audus.
Tomēr, lai terahercu signālus varētu plaši izmantot, ir jāpārvar vairāki tehnoloģiski šķēršļi. Piemēram, ir grūti izveidot terahercu starojumu efektīvā veidā, un ir nepieciešami materiāli, kas spēj uztvert un pielāgot terahercu viļņu pārraidi.
Regulējams filtrs
Linkēpingas universitātes pētnieki tagad ir izstrādājuši materiālu, kura terahercu signālu absorbciju var ieslēgt un izslēgt, izmantojot redoksreakciju. Materiāls ir aerogels, kas ir viens no pasaulē vieglākajiem cietajiem materiāliem.
"Tas ir kā regulējams terahercu gaismas filtrs. Vienā stāvoklī elektromagnētiskais signāls netiks absorbēts, bet otrā stāvoklī tas var. Šis īpašums var būt noderīgs liela attāluma signāliem no kosmosa vai radara signāliem, ”saka Shangzhi Chen, Linkēpingas Universitātes Organiskās elektronikas laboratorijas LOE doktorants.
Linköping pētnieki izmantoja vadošu polimēru PEDOT: PSS un celulozi, lai izveidotu savu aerogēlu. Viņi arī izstrādāja aerogelu, domājot par pielietojumu ārpus telpām. Tas ir gan ūdeni atgrūdošs (hidrofobs), gan to var dabiski atkausēt, sildot saules gaismā.
Liels modulācijas diapazons
Vadošiem polimēriem ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar citiem materiāliem, ko izmanto regulējamu materiālu radīšanai. Cita starpā tie ir bioloģiski saderīgi, izturīgi un lieliski pielāgojami. Noskaņojamība izriet no spējas mainīt lādiņa blīvumu materiālā. Celulozes lielās priekšrocības ir salīdzinoši zemās ražošanas izmaksas, salīdzinot ar citiem līdzīgiem materiāliem, un tas, ka tas ir atjaunojams materiāls, kas ir galvenais ilgtspējīgas pielietošanas elements.
"Terahercu viļņu pārraidi plašā frekvenču diapazonā var regulēt no aptuveni 13% līdz 91%, kas ir ļoti liels modulācijas diapazons," saka Chaoyang Kuang, LOE postdoc.
Pētījumu cita starpā finansēja Zviedrijas Pētniecības padome, Stratēģiskās pētniecības fonds, Augstākās izglītības un pētniecības internacionalizācijas fonds, Knuta un Alises Vallenbergu fonds, Valenbergas Koksnes zinātnes centrs, kā arī ar Zviedrijas valdības stratēģiskās iniciatīvas palīdzību. jaunos funkcionālos materiālos, AFM, Linkēpingas Universitātē.
Pants: Pārslēdzami platjoslas terahercu absorbētāji, kuru pamatā ir vadošie polimēra-celulozes aerogeli; Chaoyang Kuang, Shangzhi Chen, Min Luo, Qilun Zhang, Xiao Sun, Shaobo Han, Qingqing Wang, Vallery Stanishev, Vanya Darakchieva, Reverant Crispin, Mats Fahlman, Den Zhao, Qiye Wen, Magnus P. Jonsson; Uzlabota zinātne, publicēts tiešsaistē 23. gada 2023. novembrī. DOI: 10.1002/advs.202305898
Fakti: Terahercu diapazons aptver viļņu garumus, kas atrodas starp mikroviļņiem un infrasarkano gaismu elektromagnētiskajā spektrā. Viļņu platums ir no 0.1 līdz 1 milimetram, un frekvence ir vismaz 0.3 teraherci un ne vairāk kā 30 teraherci. 1 terahercs nozīmē, ka vienā sekundē tiek nosūtīti vai saņemti 1000 miljardi viļņu.
Autors Anderss Törneholms
Avots: Linköping Universitāte
