Hærens forskning lyser vejen for nye materialer

Hvad sker der, når guld og sølv bare ikke skærer det længere? Du vender dig til metalliske legeringer, som er, hvad hærens forskere bruger til at udvikle nye designermaterialer med en bred vifte af muligheder for vores soldater.

Det er præcis, hvad forskerne Dr. David Baker og Dr. Joshua McClure fra U.S. Army Research Laboratory gør for at lette byrden og forbedre styrken af ​​Soldier-enheder, der bruges på slagmarken.

Deres forskning, udført i samarbejde med Prof. Marina Leite og Dr. Chen Gong ved University of Maryland og Prof. Alexandre Rocha ved Universidade Estadual Paulista i Brasilien, blev for nylig vist på forsiden af ​​nummeret den 4. september af Avancerede optiske materialer .

Forskningspapiret, "Band Structure Engineering by Alloying for Photonics, " fokuserer på kontrol af de optiske og plasmoniske egenskaber af guld- og sølvlegeringer ved at ændre legerings kemiske sammensætning.

"Vi demonstrerede og karakteriserede guld/sølv-legeringer med tunede optiske egenskaber, kendt som overflade plasmon polaritoner, som kan bruges i en lang række fotoniske applikationer, "Baker sagde." Den grundlæggende indsats kombinerede eksperiment og teori for at forklare oprindelsen til legeringernes optiske adfærd. Arbejdet fremhæver, at den elektroniske struktur af den metalliske overflade kan konstrueres ved ændring af legeringens kemiske sammensætning, baner vejen for integration i mange forskellige applikationer, hvor enkelte metaller ellers ikke har de rigtige egenskaber."

Forskningen fokuserede på at kombinere eksperimentelle og teoretiske bestræbelser på at belyse det legerede materiales elektroniske struktur med direkte implikationer for den optiske adfærd.

Ifølge forskerne, den opnåede indsigt gør det muligt at justere disse materialers optiske spredning og lysindsamlingsevne, som kan udkonkurrere systemer lavet af individuelle elementer som guld.

"Indsigterne i papiret er nyttige for soldater, fordi de kan anvendes til en række forskellige applikationer, herunder, men ikke begrænset til:fotokatalytiske reaktioner, sensing/detektion og laserapplikationer i nanoskala, " sagde McClure. "Når den er indstillet korrekt, de integrerede legerede materialer kan føre til reduktioner i vægten af ​​energihøstningsanordninger, lavere strømkrav til elektronik og endnu mere kraftfulde optiske sensorer."

Forskerne ser i øjeblikket på andre metallegeringer og forudser, at deres kombinerede eksperimentelle og beregningsmæssige tilgang kan udvides til at omfatte andre materialer, inklusive ikke-metalliske systemer.

"Felden for plasmonik muliggør potentielt paradigmeskiftende karakteristika med applikationer til warfighter; dette inkluderer alt fra beregning, til energihøst, til kommunikation, og endda rettet energi, " sagde Baker. "Men, forskere inden for disse områder er begrænset til en håndfuld grundstoffer i det periodiske system; guld og sølv er to af de mest undersøgte. Denne mangel på muligheder begrænser de tilgængelige ejendomme til teknologiudvikling. Ved at kende de grundlæggende optiske og elektroniske egenskaber af legeringer, vi kan udvikle nye designermaterialer med en bredere vifte af muligheder."

For forskerne, at få deres arbejde udvalgt til at være på forsiden af ​​tidsskriftet er meget spændende personligt og professionelt, og bringer frem i lyset, hvad de udvikler for den fremtidige soldats succes.

De bemærkede, at denne anerkendelse fremhæver, at det bredere videnskabelige samfund anerkender værdien af ​​deres bidrag og forskningsretning, og det er klart, at deres metoder og legerede materialer bliver mere og mere vigtige og relevante for en række fotoniske applikationer.