Za novi fleksibilni materijal razvijen od strane inženjera sa University of California, San Diego (UCSD) se tvrdi da bi mogao bude u stanju da reguliše različite delove elektromagnetnog spektra, dok drugima omogućava prolaz. Primer bi bilo da je poluprovidan za infracrvenu svetlost, ali providan za vidljivu svetlost. Ovaj materijal ima potencijal da znatno poboljša efikasnost solarnih ćelija ali i da se od njega kreira premaz za prozor koji ne samo da pušta vidljivo svetlo i čuva toplotu izvan, već i zaustavlja elektronska prisluškivanja blokirajući elektromagnetne signale.
Postoji veliki broj materijala koji su u stanju da gotovo savršeno apsorbuju različite frekvencije svetlosti (na Harvardu upotrebljavaju vanadijum dioksid), ali oni nisu obično pogodni za svakodnevnu upotrebu jer su skupi, glomazni ili jednostavno nepraktični. Osim toga, primjenjivi su za određene frekvencije, što dodatno ograničava njihovu širu upotrebu.
Međutim, istraživači sa UCSD odgovorni za stvaranje novog materijala koji je tanak, fleksibilan i providan za vidljivu svetlost, tvrde da je on gotovo savršen širokopojasni apsorber koji upija više od 87 odsto svetlosti u blizini infracrvene frekvencije (talasne dužine između 1.200 do 2.200 nanometara). On takođe ima apsorpciju od 98 odsto na talasnoj dužini koja se prvenstveno koristi za optičke komunikacije, na oko 1.550 nanometara. Materijal takođe apsorbuje svetlost iz bilo kog ugla.
Slika 1. Novi materijal (foto: University of California San Diego, preuzeto sa www.dezeen.com)
Prema istraživačima, ove specifikacije za materijal stoje i danas, i oni veruju da bi eventualno mogao biti transformisan tako da apsorbuje specifične svetlosne frekvencije dok drugim omogućava da prođu.
„Ovaj materijal nudi širokopojasnu ali selektivnu apsorpciju koja bi mogla da se reguliše za različite delove elektromagnetnog spektra", kaže profesor Zhaowei Liu na UCSD Jacobs School of Engineering.
Materijal je nastao polaganjem nizova nanocevi napravljenih od naizmeničnih slojeva cink oksida i aluminijum-dopiranog cink oksida – visine oko 1.730 nanometara i prečnika oko 650-770. U početku su nanocevi kreirane na čvrstoj silicijumskoj podlozi,a kasnije su prebačene u tanak, providan elastični polimer kako bi se stvorila konačna verzija materijala.
Svaka od nanocevi deluje kao poluprovodnik u dobijenoj nanostrukturi, sa različitim stepenom „dopinga" (uvođenje nečistoća u poluprovodnik kako bi se promenila električna svojstva) i služi za kontrolu protoka slobodnih elektrona.
U ovom slučaju, kombinacija cink oksida, koji ima srednji količinu slobodnih elektrona, s aluminijski-dopiranim cink oksidom, koji poseduje veliku količinu slobodnih elektrona, uz uslov dovoljnog kretanja slobodnih elektrona generiše površinu plazmonske rezonance. Ova rezonantna oscilacija slobodnih elektrona javlja se na površini metala nanočestica kao odgovor na određene talasne dužine svetlosti, što je dovoljno da se blokiraju određene frekvencije svetlosti.
Slika 2. Novi materijal (foto: University of California San Diego, preuzeto sa www.dezeen.com)
Menjanje proporcije slobodnih elektrona promenom fizičkih i hemijskih osobina nanocevi, i drugih talasnih dužina trebalo bi da omogući regulisanje unutar i izvan, kažu istraživači.
„Ukoliko se napravi da ovaj broj bude niži, možemo gurnuti plazmonsku rezonancu u infracrveno," kaže profesor Donald Sirbuly, takođe sa UCSD Jacobs School of Engineering. „Ukoliko je broj veći, sa više elektrona, možemo gurnuti plazmonsku rezonancu na ultraljubičastu regiju.“
Conor Riley, koji je nedavno diplomirao nanoinženjerstvo na UCSD, dodaje, „Postoje različiti parametri koje možemo menjati u ovom dizajnu da bismo prilagodili apsorpcioni opseg materijala: veličina jaza između cevi, odnos materijala, vrste materijala i koncentracija elektrona nosača. Naše simulacije pokazuju da je to moguće".
Ako se omoguće ove osobine, materijal može da pomogne u usmeravanju specifične talasne dužine svetlosti na solarne ćelije da bi se obezbedila bolja apsorpcija fotona, dok se blokiraju efekti potencijalno destruktivne infracrvene toplote.
Slika 3. Novi materijal (foto: University of California San Diego, preuzeto sa www.dezeen.com)
Istraživači veruju da njihovi nizovi od nanocevi mogu biti preneti na mnogo različitih površina i da se potencijalno mogu se primeniti na velikim površinama, kao što su prozori i da se tada ponašaju kao širokopojasni apsorpcioni uređaji. Rano je još uvek govoiti o ovome, ali se tim tome nada.
„Nanomaterijali obično nisu veći od nekoliko centimetara u svom osnovnom obliku, pa ovo bio veliki korak u tom pravcu", kaže Sirbuly.
Iako je još uvek u radnoj fazi (prototip), istraživači nameravaju da nastave svoje istraživanje analizirajući efekte različitih materijala, fizičkih aranžmana i poluprovodničkih svojstva i pokušaju da stvore materijal koji upija svetlost na različitim talasnim dužinama i koji će moći da ima primenu u različitim aplikacijama.
Rezultati ovog istraživanja su nedavno objavljeni u časopisu „Proceedings of the National Academy of Sciences“.
