Revestimientos transparentes para ventanas que mantienen frescos los edificios y los automóviles en días soleados. Dispositivos que podrían más que triplicar la eficiencia de las células solares. Escudos delgados y livianos que bloquean la detección térmica. Estas son aplicaciones potenciales para un material delgado, flexible y absorbente de luz desarrollado poringenieros de la Universidad de California en San Diego.
El material, llamado absorbente de banda ancha casi perfecto, absorbe más del 87 por ciento de la luz infrarroja cercana longitudes de onda de 1,200 a 2,200 nanómetros, con una absorción del 98 por ciento a 1,550 nanómetros, la longitud de onda para la comunicación por fibra óptica. El material es capazde absorber la luz desde todos los ángulos. Teóricamente, también se puede personalizar para absorber ciertas longitudes de onda de la luz y dejar que otras pasen.
Ya existen materiales que absorben la luz "perfectamente", pero son voluminosos y pueden romperse cuando se doblan. Tampoco se pueden controlar para absorber solo un rango seleccionado de longitudes de onda, lo cual es una desventaja para ciertas aplicaciones. Imagine si se usara un revestimiento de ventanapara enfriar no solo la radiación infrarroja bloqueada, sino también la luz normal y las ondas de radio que transmiten programas de televisión y radio.
Al desarrollar un novedoso diseño basado en nanopartículas, un equipo dirigido por los profesores Zhaowei Liu y Donald Sirbuly en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego ha creado un absorbente de banda ancha que es delgado, flexible y sintonizable. El trabajo fue publicado en línea en enero.24 pulgadas Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Este material ofrece una banda ancha, pero una absorción selectiva que podría ajustarse a distintas partes del espectro electromagnético", dijo Liu.
El absorbente se basa en fenómenos ópticos conocidos como resonancias de plasmones superficiales, que son movimientos colectivos de electrones libres que ocurren en la superficie de las nanopartículas metálicas al interactuar con ciertas longitudes de onda de la luz. Las nanopartículas metálicas pueden transportar muchos electrones libres, por lo que exhibenfuerte resonancia de plasmón superficial, pero principalmente en luz visible, no en el infrarrojo.
Los ingenieros de UC San Diego razonaron que si pudieran cambiar el número de portadores de electrones libres, podrían ajustar la resonancia del plasmón de la superficie del material a diferentes longitudes de onda de la luz. "Reduzca este número y podremos empujar la resonancia del plasmón al infrarrojo.Aumente el número, con más electrones, y podemos impulsar la resonancia del plasmón a la región ultravioleta ", dijo Sirbuly. El problema con este enfoque es que es difícil de hacer en los metales.
Para abordar este desafío, los ingenieros diseñaron y construyeron un absorbedor de materiales que podrían modificarse o doparse para transportar una cantidad diferente de electrones libres: semiconductores. Los investigadores utilizaron un semiconductor llamado óxido de zinc, que tiene un número moderado de electrones libresy lo combinó con su versión metálica, óxido de zinc dopado con aluminio, que alberga una gran cantidad de electrones libres, no tanto como un metal real, pero lo suficiente como para darle propiedades plasmónicas en el infrarrojo.
Los materiales se combinaron y estructuraron de manera precisa utilizando tecnologías avanzadas de nanofabricación en las instalaciones de sala limpia Nano3 en el Instituto Qualcomm en la Universidad de California en San Diego. Los materiales se depositaron una capa atómica a la vez sobre un sustrato de silicio para crear una matriz de pienanotubos, cada uno hecho de anillos concéntricos alternos de óxido de zinc y óxido de zinc dopado con aluminio. Los tubos tienen 1.730 nanómetros de alto, 650 a 770 nanómetros de diámetro, y están separados menos de cien nanómetros. La matriz de nanotubos se transfirió luego del siliciosustrato a un polímero delgado y elástico. El resultado es un material delgado, flexible y transparente en lo visible.
"Hay diferentes parámetros que podemos alterar en este diseño para adaptar la banda de absorción del material: el tamaño del espacio entre los tubos, la relación de los materiales, los tipos de materiales y la concentración del portador de electrones. Nuestras simulaciones muestran que esto esposible ", dijo Conor Riley, un recién graduado de doctorado en nanoingeniería de la Universidad de California en San Diego y el primer autor de este trabajo. Riley es actualmente un investigador postdoctoral en el grupo de Sirbuly.
Según los investigadores, esas son solo algunas características interesantes de este diseño basado en partículas. También es potencialmente transferible a cualquier tipo de sustrato y se puede ampliar para hacer dispositivos de gran superficie, como absorbedores de banda ancha para ventanas grandes ". Los nanomateriales normalmenteno se fabrican a escalas mayores de un par de centímetros, por lo que este sería un gran paso en esa dirección ", dijo Sirbuly.
La tecnología aún está en la etapa de desarrollo. Los equipos de Liu y Sirbuly continúan trabajando juntos para explorar diferentes materiales, geometrías y diseños para desarrollar absorbedores que funcionen en diferentes longitudes de onda de luz para diversas aplicaciones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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