Aerogel kan blive nøglen til fremtidige terahertz-teknologier

Højfrekvente terahertz-bølger har et stort potentiale for en række anvendelser, herunder næste generation af medicinsk billeddannelse og kommunikation. Det har forskere ved Linköpings Universitet i Sverige vist i en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Advanced Science , at transmissionen af ​​terahertz-lys gennem en aerogel lavet af cellulose og en ledende polymer kan indstilles. Dette er et vigtigt skridt for at låse op for flere applikationer til terahertz-bølger.

Terahertz-området dækker bølgelængder, der ligger mellem mikrobølger og infrarødt lys på det elektromagnetiske spektrum. Den har en meget høj frekvens. Takket være dette mener mange forskere, at terahertz-serien har et stort potentiale for blandt andet brug i rumudforskning, sikkerhedsteknologi og kommunikationssystemer.

Inden for medicinsk billeddannelse kan det også være en interessant erstatning for røntgenundersøgelser, da bølgerne kan passere gennem de fleste ikke-ledende materialer uden at beskadige noget væv.

Der er dog flere teknologiske barrierer, der skal overvindes, før terahertz-signaler kan bruges bredt. For eksempel er det svært at skabe terahertz-stråling på en effektiv måde, og der er brug for materialer, der kan modtage og justere transmissionen af ​​terahertz-bølger.

Forskere ved Linköpings Universitet har nu udviklet et materiale, hvis absorption af terahertz-signaler kan tændes og slukkes gennem en redoxreaktion. Materialet er en aerogel, som er et af verdens letteste solide materialer.

"Det er som et justerbart filter til terahertz-lys. I den ene tilstand vil det elektromagnetiske signal ikke blive absorberet, og i den anden tilstand kan det. Den egenskab kan være nyttig til langdistancesignaler fra rummet eller radarsignaler," siger Shangzhi Chen, postdoc ved Laboratory of Organic Electronics, LOE, ved Linköpings Universitet.

Linköping-forskerne brugte en ledende polymer, PEDOT:PSS, og cellulose til at skabe deres aerogel. De designede også aerogelen med udendørs applikationer i tankerne. Den er både vandafvisende (hydrofob) og kan naturligt afrimes via opvarmning af sollys.

Ledende polymerer har mange fordele i forhold til andre materialer, der bruges til at skabe justerbare materialer. De er blandt andet biokompatible, holdbare og har en stor evne til at blive tunet. Afstembarheden kommer fra evnen til at ændre ladningstætheden i materialet. De store fordele ved cellulose er de relativt lave produktionsomkostninger sammenlignet med andre lignende materialer, og at det er et fornybart materiale, som er nøglen til bæredygtige anvendelser.

"Transmissionen af ​​terahertz-bølger i et bredt frekvensområde kunne reguleres mellem omkring 13 % og 91 %, hvilket er et meget stort modulationsområde," siger Chaoyang Kuang, postdoc ved LOE.

Flere oplysninger: Chaoyang Kuang et al, Switchable Broadband Terahertz Absorbers Based on Conducting Polymer-Cellulose Aerogels, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202305898

Journaloplysninger: Avanceret videnskab

Leveret af Linköping University