Alta frequência terahertz as ondas têm grande potencial para uma série de aplicações, incluindo imagens e comunicações médicas de próxima geração. Aerogéis podem ser um bom complemento para isso.
Pesquisadores da Universidade de Linköping, na Suécia, demonstraram, em estudo publicado na revista Advanced Science, que a transmissão da luz terahertz através de um aerogel feito de celulose e um polímero condutor pode ser ajustada. Este é um passo importante para desbloquear mais aplicações para ondas terahertz
Condução de aerogel de polímero-celulose e configuração de medição óptica. Crédito da imagem: Thor Balkhed/Universidade de Linköping
A faixa terahertz cobre comprimentos de onda que ficam entre as microondas e a luz infravermelha no espectro eletromagnético. Tem uma frequência muito alta.
Graças a isso, muitos pesquisadores acreditam que a faixa terahertz tem grande potencial para uso na exploração espacial, tecnologia de segurança e sistemas de comunicação, entre outras coisas. Em imagens médicas, também pode ser um substituto interessante para exames de raios X, pois as ondas podem passar pela maioria dos materiais não condutores sem danificar nenhum tecido.
No entanto, existem várias barreiras tecnológicas a serem superadas antes que os sinais terahertz possam ser amplamente utilizados. Por exemplo, é difícil criar radiação terahertz de forma eficiente e são necessários materiais que possam receber e ajustar a transmissão de ondas terahertz.
Filtro ajustável
Pesquisadores da Universidade de Linköping desenvolveram agora um material cuja absorção de sinais terahertz pode ser ligada e desligada por meio de uma reação redox. O material é um aerogel, um dos materiais sólidos mais leves do mundo.
“É como um filtro ajustável para luz terahertz. Num estado, o sinal eletromagnético não será absorvido e no outro estado pode. Essa propriedade pode ser útil para sinais de longo alcance vindos do espaço ou de radar”, diz Shangzhi Chen, pós-doutorado no Laboratório de Eletrônica Orgânica, LOE, na Universidade de Linköping.
Os pesquisadores de Linköping usaram um polímero condutor, PEDOT:PSS, e celulose para criar seu aerogel. Eles também projetaram o aerogel pensando em aplicações externas. É repelente à água (hidrofóbico) e pode ser descongelado naturalmente através do aquecimento pela luz solar.
Grande faixa de modulação
Os polímeros condutores têm muitas vantagens sobre outros materiais usados para criar materiais sintonizáveis. Entre outras coisas, são biocompatíveis, duráveis e possuem grande capacidade de ajuste. A sintonização vem da capacidade de alterar a densidade de carga no material. As grandes vantagens da celulose são o custo de produção relativamente baixo em comparação com outros materiais semelhantes e o fato de ser um material renovável fundamental para aplicações sustentáveis.
“A transmissão de ondas terahertz em uma ampla faixa de frequência poderia ser regulada entre cerca de 13% e 91%, o que é uma faixa de modulação muito grande”, diz Chaoyang Kuang, pós-doutorado na LOE.
O estudo foi financiado, entre outros, pelo Conselho Sueco de Investigação, pela Fundação para a Investigação Estratégica, pela Fundação para a Internacionalização do Ensino Superior e da Investigação, pela Fundação Knut e Alice Wallenberg, pelo Wallenberg Wood Science Centre e através da iniciativa estratégica do governo sueco. em novos materiais funcionais, AFM, na Universidade de Linköping.
Artigo: Absorvedores Terahertz de banda larga comutáveis baseados em aerogéis condutores de polímero-celulose; Chaoyang Kuang, Shangzhi Chen, Min Luo, Qilun Zhang, Xiao Sun, Shaobo Han, Qingqing Wang, Vallery Stanishev, Vanya Darakchieva, Reverente Crispin, Mats Fahlman, Dan Zhao, Qiye Wen, Magnus P. Jonsson; Ciência Avançada, publicado on-line em 23 de novembro de 2023. DOI: 10.1002/advs.202305898
Fatos: A faixa terahertz cobre os comprimentos de onda que ficam entre as microondas e a luz infravermelha no espectro eletromagnético. As ondas têm largura entre 0.1 e 1 milímetro e a frequência é de no mínimo 0.3 terahertz e no máximo 30 terahertz. 1 terahertz significa que 1000 bilhão de ondas são enviadas ou recebidas em um segundo.
Escrito por Anders Törneholm
Fonte: Universidade de Linköping
