Los investigadores de la Universidad de Duke creen que han superado un obstáculo de larga data para producir formas más baratas y más robustas de imprimir e imágenes en una gama de colores que se extiende hasta el infrarrojo.
Como cualquier camaron mantis le dirá, hay una amplia gama de "colores" a lo largo del espectro electromagnético que los humanos no pueden ver pero que proporcionan una gran cantidad de información. Los sensores que se extienden al infrarrojo pueden, por ejemplo, identificar miles de plantasy minerales, diagnostican melanomas cancerosos y predicen patrones climáticos, simplemente por el espectro de luz que reflejan.
Las tecnologías de imágenes actuales que pueden detectar longitudes de onda infrarrojas son costosas y voluminosas, requieren numerosos filtros o conjuntos complejos frente a un fotodetector infrarrojo. La necesidad de movimiento mecánico en tales dispositivos reduce su vida útil esperada y puede ser un riesgo en condiciones difíciles, comocomo los experimentados por los satélites.
En un nuevo documento, un equipo de ingenieros de Duke revela una técnica de fabricación que promete llevar una forma simplificada de imágenes multiespectrales al uso diario. Debido a que el proceso utiliza materiales existentes y técnicas de fabricación que son económicas y fácilmente escalables, podría revolucionar cualquierindustria en la que se utilizan imágenes o impresiones multiespectrales.
Los resultados aparecen en línea el 14 de diciembre en la revista Materiales avanzados .
"Es un desafío crear sensores que puedan detectar tanto el espectro visible como el infrarrojo", dijo Maiken Mikkelsen, profesora asistente de Nortel Networks de Ingeniería Eléctrica e Informática y Física en Duke.
"Tradicionalmente, se necesitan diferentes materiales que absorban diferentes longitudes de onda y eso se vuelve muy costoso", dijo Mikkelsen. "Pero con nuestra tecnología, las respuestas de los detectores se basan en propiedades estructurales que diseñamos en lugar de las propiedades naturales de un material. Lo que realmente esLo emocionante es que podemos combinar esto con un esquema de fotodetector para combinar imágenes tanto en el espectro visible como en el infrarrojo en un solo chip ".
La nueva tecnología se basa en plasmónicos: el uso de fenómenos físicos a nanoescala para atrapar ciertas frecuencias de luz.
Los ingenieros crean cubos de plata de solo 100 nanómetros de ancho y los colocan a unos pocos nanómetros sobre una fina lámina de oro. Cuando la luz entrante golpea la superficie de un nanocubo, excita los electrones de la plata, atrapando la energía de la luz, pero solo en un ciertofrecuencia.
El tamaño de los nanocubos de plata y su distancia desde la capa base de oro determina esa frecuencia, mientras que el control del espacio entre las nanopartículas permite ajustar la fuerza de la absorción. Al adaptar con precisión estos espacios, los investigadores pueden hacer que el sistema responda a cualquiercolor específico que desean, desde las longitudes de onda visibles hasta el infrarrojo.
El desafío que enfrentan los ingenieros es cómo construir un dispositivo útil que pueda ser escalable y lo suficientemente económico como para usarlo en el mundo real. Para eso, Mikkelsen recurrió a su equipo de investigación, incluido el estudiante graduado Jon Stewart.
"Se han demostrado tipos similares de materiales antes, pero todos han utilizado técnicas costosas que han impedido que la tecnología haga la transición al mercado", dijo Stewart. "Hemos creado un esquema de fabricación que es escalable, noNo necesita una sala limpia y evita el uso de máquinas de un millón de dólares, todo mientras logra sensibilidades de mayor frecuencia. Nos ha permitido hacer cosas en el campo que no se habían hecho antes ".
Para construir un detector, Mikkelsen y Stewart usaron un proceso de grabado de luz y adhesivos para modelar los nanocubos en píxeles que contienen diferentes tamaños de nanocubos de plata, y por lo tanto cada uno sensible a una longitud de onda de luz específica. Cuando la luz entrante golpea la matriz, cada unoel área responde de manera diferente dependiendo de la longitud de onda de la luz a la que es sensible. Al descifrar cómo responde cada parte de la matriz, una computadora puede reconstruir de qué color era la luz original.
El equipo mostró que la técnica también se puede utilizar para imprimir. En lugar de crear píxeles con seis secciones ajustadas para responder a colores específicos, crearon píxeles con tres barras que reflejan tres colores: azul, verde y rojo. Al controlar ellongitudes relativas de cada barra, pueden dictar qué combinación de colores refleja el píxel. Es una versión novedosa del esquema RGB clásico utilizado por primera vez en fotografía en 1861.
Pero a diferencia de la mayoría de las otras aplicaciones, el esquema de color plasmónico promete nunca desvanecerse con el tiempo y puede reproducirse de manera confiable con una precisión precisa una y otra vez. También permite a sus adoptantes crear esquemas de color en el infrarrojo.
"Una vez más, la parte emocionante es poder imprimir tanto en visible como en infrarrojo en el mismo sustrato", dijo Mikkelsen. "Se podría imaginar imprimir una imagen con una parte oculta en el infrarrojo, o incluso cubrir un objeto completo para adaptarlosu respuesta espectral "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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