Høyfrekvente terahertz bølger har stort potensial for en rekke bruksområder, inkludert neste generasjons medisinsk bildebehandling og kommunikasjon. Aerogels kan være et fint tillegg til dette.
Forskere ved Linköpings universitet, Sverige, har vist, i en studie publisert i tidsskriftet Advanced Science, at overføringen av terahertz-lys gjennom en aerogel laget av cellulose og en ledende polymer kan justeres. Dette er et viktig skritt for å låse opp flere applikasjoner for terahertz-bølger
Ledende polymer-cellulose aerogel og optisk måleoppsett. Bildekreditt: Thor Balkhed/Linköpings universitet
Terahertz-området dekker bølgelengder som ligger mellom mikrobølger og infrarødt lys på det elektromagnetiske spekteret. Den har en veldig høy frekvens.
Takket være dette mener mange forskere at terahertz-serien har et stort potensiale for bruk i blant annet romutforskning, sikkerhetsteknologi og kommunikasjonssystemer. Ved medisinsk bildediagnostikk kan det også være en interessant erstatning for røntgenundersøkelser da bølgene kan passere gjennom de fleste ikke-ledende materialer uten å skade noe vev.
Imidlertid er det flere teknologiske barrierer å overvinne før terahertz-signaler kan brukes mye. For eksempel er det vanskelig å lage terahertzstråling på en effektiv måte, og det trengs materialer som kan motta og justere overføringen av terahertzbølger.
Justerbart filter
Forskere ved Linköpings universitet har nå utviklet et materiale hvis absorpsjon av terahertz-signaler kan slås av og på gjennom en redoksreaksjon. Materialet er en aerogel, som er et av verdens letteste solide materialer.
"Det er som et justerbart filter for terahertz-lys. I den ene tilstanden vil det elektromagnetiske signalet ikke bli absorbert, og i den andre tilstanden kan det. Den egenskapen kan være nyttig for langdistansesignaler fra rom- eller radarsignaler, sier Shangzhi Chen, postdoc ved Laboratory of Organic Electronics, LOE, ved Linköpings universitet.
Linköping-forskerne brukte en ledende polymer, PEDOT:PSS, og cellulose for å lage sin aerogel. De designet også aerogelen med utendørs bruk i tankene. Den er både vannavstøtende (hydrofob) og kan naturlig tines ved oppvarming av sollys.
Stort modulasjonsområde
Ledende polymerer har mange fordeler i forhold til andre materialer som brukes til å lage avstembare materialer. De er blant annet biokompatible, slitesterke, og har stor evne til å bli tunet. Avstemmingsevnen kommer fra evnen til å endre ladningstettheten i materialet. De store fordelene med cellulose er de relativt lave produksjonskostnadene sammenlignet med andre lignende materialer og at det er et fornybart materiale som er nøkkelen til bærekraftige applikasjoner.
"Transmisjonen av terahertzbølger i et bredt frekvensområde kan reguleres mellom rundt 13 % og 91 %, som er et veldig stort modulasjonsområde," sier Chaoyang Kuang, postdoc ved LOE.
Studien ble finansiert av blant annet det svenske forskningsrådet, Stiftelsen för strategisk forskning, Stiftelsen för internasjonalisering av høyere utdanning og forskning, Knut og Alice Wallenbergs stiftelse, Wallenberg Wood Science Centre, og gjennom den svenske regjeringens strategiske initiativ. i nye funksjonelle materialer, AFM, ved Linköpings universitet.
Artikkel: Byttbare bredbånd Terahertz-absorbere basert på ledende polymer-cellulose-aerogel; 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; Avansert vitenskap, publisert på nett 23. november 2023. DOI: 10.1002/advs.202305898
Fakta: Terahertz-området dekker bølgelengdene som ligger mellom mikrobølger og infrarødt lys på det elektromagnetiske spekteret. Bølgene har en bredde på mellom 0.1 og 1 millimeter og frekvensen er minst 0.3 terahertz og høyst 30 terahertz. 1 terahertz betyr at 1000 milliarder bølger sendes eller mottas på ett sekund.
Skrevet av Anders Törneholm
kilde: Linköpings universitet
