Ny gel viser sig at være et meget justerbart farvefilter

Farver disse videnskabsmænd glade. En eksotisk gel, de studerede ved National Institute of Standards and Technology (NIST), har en uventet egenskab:Materialets temperatur bestemmer, hvilken lysfarve der kan passere gennem det.

Materialet, som forskerholdet kalder "SeedGel", har allerede vist sig lovende som et multifunktionelt værktøj, med anvendelser lige fra batterier til vandfiltre til vævsteknologi. Holdets nye papir, der vises i Nature Communications , fremhæver gelens nyfundne evne som et temperaturfølsomt lysfilter. Lys hvidt lys på gelen, og afhængigt af gelens temperatur vil kun en bestemt bølgelængde eller farve passere gennem den. En temperaturændring på mindre end en tiendedel af en grad celsius kan være nok til at ændre den tilladte bølgelængde, som kan være en hvilken som helst farve i det synlige område samt dele af det ultraviolette og infrarøde.

"Vores tidligere arbejde viste, at SeedGel kan forvandle sig fra klar til uigennemsigtig og tilbage igen, men vi undersøgte ikke, hvad den kan gøre med farve," sagde Yun Liu, som begge er videnskabsmand ved NIST Center for Neutron Research (NCNR) og en professor ved University of Delaware. "Dens evne til at kontrollere farve præcist var en ny opdagelse."

Holdets oprettelse adskiller sig fra andre, der måske er kendte fra markedet. Forveksle det ikke med en stemningsring, hvis termokrome flydende krystaller skifter farve med temperaturen. Det er heller ikke en variation af fotokrome solbrilleglas, som bliver mørkere, når de udsættes for ultraviolette stråler. I stedet fungerer gelen som en temperaturfølsom port for en bestemt bølgelængde af lys.

Deres gel begynder som en gennemsigtig væske lavet af vand og flydende opløsningsmidler tilsat silicananopartikler. Hvis denne blanding opvarmes til en bestemt temperatur, vil væskerne og nanopartiklerne danne en fysisk gel, der i starten forbliver gennemsigtig, men nu har en anden indre struktur. I stedet for en formløs væske danner væskerne sammenlåsende mikroskopiske kanaler, hvor nanopartiklerne er indespærret i en af ​​dem.

Da den opvarmes gennem et specifikt område af højere temperaturer, vises den nyopdagede effekt:Gelen bliver uigennemsigtig for alle undtagen individuelle farver, idet den først tillader kortere, blåere bølgelængder at passere igennem, derefter gradvist længere, rødere bølgelængder. Til sidst, når dette temperaturområde er overskredet, bliver gelen uigennemsigtig for alt synligt lys.

Neutronspredningsforsøg udført ved NCNR forklarer denne usædvanlige adfærd. Ændring af temperaturen forårsager en udveksling af flydende molekyler mellem de mikroskopiske kanaler, hvilket ændrer det samlede brydningsindeks for disse kanaler. En bølgelængde af lys slipper igennem, men andre farver bliver spredt.

Adfærden er et eksempel på Christiansen-effekten, som blev identificeret i 1884. Der findes filtre, der er afhængige af Christiansen-effekten, men forskerne peger på, at deres nye gel tilbyder klare fordele for industrien:Ikke alene er deres gel mere følsom over for temperaturændringer , men det potentielle temperaturområde, som det fungerer ved, er bredere, da det kan tilpasses til et sted mellem 15 og 100 grader Celsius. Den kan indstilles til at dække en lang række bølgelængder, potentielt fra ultraviolet (fra lidt under 400 nanometer) til nær infrarød (op til 2500 nanometer). Og det tillader mere lys at trænge igennem, end typiske Christiansen-filtre gør.

Da gelen – uanset tilpasninger – er lavet af billige, let tilgængelige materialer, giver den fordele for industrien, sagde Yuyin Xi, et teammedlem fra University of Delaware.

"Tilgangen er alsidig med stor tunerbarhed, og fremstillingsprocessen kan nemt skaleres op," sagde han. "Det er en lovende kandidat til brug i en række smarte optiske enheder og nye klasser af materialer, der har farveapplikationer." + Udforsk yderligere

Nanopartikelgel forener olie og vand i en fremstillingsvenlig tilgang