Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts han creado dispositivos compuestos activados por luz capaces de ejecutar movimientos visibles y precisos y formar formas tridimensionales complejas sin la necesidad de cables u otros materiales de actuación o fuentes de energía. El diseño combina cristales fotónicos programables conun compuesto elastomérico que puede diseñarse a escala macro y nano para responder a la iluminación.
La investigación proporciona nuevas vías para el desarrollo de sistemas inteligentes impulsados por la luz, como células solares autoalineables de alta eficiencia que siguen automáticamente la dirección y el ángulo de luz del sol, válvulas de microfluidos accionadas por luz o robots blandos que se mueven con la luz.a pedido. Un "girasol fotónico", cuyos pétalos se curvan hacia y lejos de la iluminación y que sigue la trayectoria y el ángulo de la luz, demuestra la tecnología en un artículo que aparece el 12 de marzo de 2021 en Comunicaciones de la naturaleza .
El color resulta de la absorción y el reflejo de la luz. Detrás de cada destello de un ala de mariposa iridiscente o una piedra preciosa de ópalo se encuentran interacciones complejas en las que los cristales fotónicos naturales incrustados en el ala o la piedra absorben la luz de frecuencias específicas y reflejan otras.la luz que se encuentra con la superficie cristalina puede afectar qué longitudes de onda se absorben y el calor que se genera a partir de esa energía absorbida.
El material fotónico diseñado por el equipo de Tufts une dos capas: una película similar a un ópalo hecha de fibroína de seda dopada con nanopartículas de oro AuNP, formando cristales fotónicos, y un sustrato subyacente de polidimetilsiloxano PDMS, un polímero a base de silicio.Además de la notable flexibilidad, durabilidad y propiedades ópticas, la fibroína de seda es inusual por tener un coeficiente negativo de expansión térmica CTE, lo que significa que se contrae cuando se calienta y se expande cuando se enfría. El PDMS, por el contrario, tiene un alto CTE yse expande rápidamente cuando se calienta. Como resultado, cuando el nuevo material se expone a la luz, una capa se calienta mucho más rápidamente que la otra, por lo que el material se dobla a medida que un lado se expande y el otro se contrae o expande más lentamente.
"Con nuestro enfoque, podemos modelar estas películas con forma de ópalo a múltiples escalas para diseñar la forma en que absorben y reflejan la luz. Cuando la luz se mueve y la cantidad de energía que se absorbe cambia, el material se pliega y se mueve de manera diferente como una funciónde su posición relativa a esa luz ", dijo Fiorenzo Omenetto, autor correspondiente del estudio y profesor de ingeniería Frank C. Doble en Tufts.
Considerando que la mayoría de los dispositivos optomecánicos que convierten la luz en movimiento implican configuraciones o fabricaciones complejas que consumen mucha energía, "Podemos lograr un control exquisito de la conversión de la energía de la luz y generar 'macro movimiento' de estos materiales sin la necesidad de electricidad ocables ", dijo Omenetto.
Los investigadores programaron las películas de cristal fotónico aplicando plantillas y luego exponiéndolas al vapor de agua para generar patrones específicos. El patrón del agua superficial alteró la longitud de onda de la luz absorbida y reflejada de la película, lo que provocó que el material se doblara, doblara ygirar de diferentes maneras, dependiendo de la geometría del patrón, cuando se expone a la luz láser.
Los autores demostraron en su estudio un "girasol fotónico", con células solares integradas en la película bicapa para que las células siguieran la fuente de luz. El girasol fotónico mantuvo el ángulo entre las células solares y el rayo láser casi constante, maximizando lala eficiencia de las células a medida que se mueve la luz. El sistema funcionaría tan bien con luz blanca como con luz láser. Estos sistemas heliotrópicos seguidores del sol inalámbricos y sensibles a la luz podrían mejorar potencialmente la eficiencia de conversión de luz a energía para elindustria de energía solar. Las demostraciones del material del equipo también incluyeron una mariposa cuyas alas se abrieron y cerraron en respuesta a la luz y una caja auto-plegable.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=OjQBHb65l_Q&t=8s
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tufts . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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