Высокая частота терагерцового Волны имеют большой потенциал для ряда приложений, включая медицинскую визуализацию и связь нового поколения. Аэрогели могут стать хорошим дополнением к этому.
Исследователи из Университета Линчепинга в Швеции показали в исследовании, опубликованном в журнале Advanced Science, что передачу терагерцового света через аэрогель, изготовленный из целлюлозы и проводящего полимера, можно регулировать. Это важный шаг, чтобы разблокировать больше приложений для терагерцовых волн.
Проведение полимерно-целлюлозного аэрогеля и оптической измерительной установки. Изображение предоставлено: Тор Балхед/Университет Линчепинга
Терагерцовый диапазон охватывает длины волн, которые лежат между микроволнами и инфракрасным светом в электромагнитном спектре. У него очень высокая частота.
Благодаря этому многие исследователи полагают, что терагерцовый диапазон имеет большой потенциал для использования, среди прочего, в освоении космоса, технологиях безопасности и системах связи. В медицинской визуализации это также может быть интересной заменой рентгеновских исследований, поскольку волны могут проходить через большинство непроводящих материалов, не повреждая ткани.
Однако необходимо преодолеть несколько технологических барьеров, прежде чем терагерцевые сигналы смогут широко использоваться. Например, эффективно создать терагерцовое излучение сложно, и необходимы материалы, способные принимать и регулировать передачу терагерцовых волн.
Регулируемый фильтр
Исследователи из Университета Линчепинга разработали материал, поглощение терагерцовых сигналов которого можно включать и выключать посредством окислительно-восстановительной реакции. Материал представляет собой аэрогель, который является одним из самых легких твердых материалов в мире.
«Это похоже на регулируемый фильтр для терагерцового света. В одном состоянии электромагнитный сигнал не будет поглощаться, а в другом — может. Это свойство может быть полезно для сигналов дальнего действия из космоса или радиолокационных сигналов», — говорит Шанчжи Чен, постдок Лаборатории органической электроники LOE в Университете Линчёпинга.
Исследователи из Линчепинга использовали проводящий полимер PEDOT:PSS и целлюлозу для создания аэрогеля. Они также разработали аэрогель для наружного применения. Он является водоотталкивающим (гидрофобным) и может размораживаться естественным путем при нагревании солнечным светом.
Большой диапазон модуляции
Проводящие полимеры имеют множество преимуществ перед другими материалами, используемыми для создания перестраиваемых материалов. Помимо прочего, они биосовместимы, долговечны и обладают прекрасными возможностями настройки. Возможность настройки достигается за счет возможности изменять плотность заряда в материале. Большими преимуществами целлюлозы являются относительно низкие производственные затраты по сравнению с другими аналогичными материалами, а также то, что это возобновляемый материал, который имеет ключевое значение для устойчивого применения.
«Передача терагерцовых волн в широком диапазоне частот может регулироваться в диапазоне от 13% до 91%, что является очень большим диапазоном модуляции», — говорит Чаоян Куанг, постдок из LOE.
Исследование финансировалось, в частности, Шведским исследовательским советом, Фондом стратегических исследований, Фондом интернационализации высшего образования и исследований, Фондом Кнута и Алисы Валленберг, Научным центром Валленберга Вуда, а также в рамках стратегической инициативы правительства Швеции. в новых функциональных материалах, AFM, в Университете Линчёпинга.
Статья: Переключаемые широкополосные терагерцовые поглотители на основе проводящих полимер-целлюлозных аэрогелей; Чаоян Куанг, Шанчжи Чен, Мин Ло, Цилун Чжан, Сяо Сунь, Шаобо Хань, Цинцин Ван, Валерий Станишев, Ваня Даракчиева, Реверант Криспин, Матс Фалман, Дэн Чжао, Цие Вэнь, Магнус П. Йонссон; Передовая наука, опубликовано в Интернете 23 ноября 2023 г. DOI: 10.1002/advs.202305898.
Факты: Терагерцовый диапазон охватывает длины волн, которые лежат между микроволнами и инфракрасным светом в электромагнитном спектре. Волны имеют ширину от 0.1 до 1 миллиметра, а частоту составляет от 0.3 до 30 терагерц. 1 терагерц означает, что за одну секунду отправляется или принимается 1000 миллиардов волн.
Автор Андерс Торнехольм
Источник: Университет Линчёпинга
