Hoge frequentie terahertz De golven hebben een groot potentieel voor een aantal toepassingen, waaronder medische beeldvorming en communicatie van de volgende generatie. Aerogels kunnen hierop een interessante aanvulling zijn.
Onderzoekers van de Universiteit van Linköping, Zweden, hebben in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science aangetoond dat de transmissie van terahertz-licht door een aerogel gemaakt van cellulose en een geleidend polymeer kan worden afgestemd. Dit is een belangrijke stap om meer toepassingen voor terahertz-golven te ontsluiten
Creatie van een polymeer-cellulose-aerogel en een optisch meetapparaat. Afbeelding tegoed: Thor Balkhed/Linköping Universiteit
Het terahertz-bereik omvat de golflengten tussen microgolf- en infraroodlicht op het elektromagnetische spectrum. De frequentie ervan is zeer hoog.
Dankzij dit zijn veel onderzoekers van mening dat het terahertz-bereik een groot potentieel heeft voor gebruik in onder meer ruimteverkenning, beveiligingstechnologieën en communicatiesystemen. Bij medische beeldvorming kan het ook een interessant alternatief vormen voor röntgenonderzoek, aangezien de golven door de meeste niet-geleidende materialen kunnen gaan zonder enig weefsel te beschadigen.
Er moeten echter verschillende technologische hindernissen worden overwonnen voordat terahertz-signalen op grote schaal kunnen worden gebruikt. Het is bijvoorbeeld moeilijk om terahertz-straling efficiënt te creëren en er zijn materialen nodig die in staat zijn om terahertz-golven te ontvangen en aan te passen.
Verstelbaar filter
Onderzoekers van de Universiteit van Linköping hebben een materiaal ontwikkeld waarvan de absorptie van terahertz-signalen kan worden geactiveerd en gedeactiveerd door een redoxreactie. Het materiaal is een aerogel, een van de lichtste vaste materialen ter wereld.
“Het is als een instelbaar filter voor terahertz-licht. In de ene toestand wordt het elektromagnetische signaal niet geabsorbeerd, in de andere wel. Deze eigenschap kan nuttig zijn voor langeafstandssignalen uit de ruimte of radarsignalen”, zegt Shangzhi Chen, postdoctoraal onderzoeker bij het Laboratory of Organic Electronics, LOE, aan de Universiteit van Linköping.
De Linköping-onderzoekers gebruikten een geleidend polymeer, PEDOT:PSS, en cellulose om hun aerogel te maken. Ze hebben de aerogel ook ontworpen met buitentoepassingen in gedachten. Het is zowel waterafstotend (hydrofoob) als op natuurlijke wijze ontdooid door verhitting in de zon.
Groot modulatiebereik
Geleidende polymeren hebben veel voordelen ten opzichte van andere materialen die worden gebruikt om afstembare materialen te maken. Ze zijn onder andere biocompatibel, duurzaam en hebben een hoog aanpassingsvermogen. Afstembaarheid komt voort uit het vermogen om de ladingsdichtheid in het materiaal te veranderen. De grote voordelen van cellulose zijn de relatief lage productiekosten in vergelijking met andere vergelijkbare materialen en het feit dat het een essentieel hernieuwbaar materiaal is voor duurzame toepassingen.
“De transmissie van terahertz-golven in een breed frequentiebereik kan worden geregeld tussen ongeveer 13% en 91%, wat een zeer breed modulatiebereik vertegenwoordigt”, legt Chaoyang Kuang, een postdoctoraal onderzoeker bij LOE, uit.
Het onderzoek werd onder meer gefinancierd door de Zweedse Onderzoeksraad, de Stichting voor Strategisch Onderzoek, de Stichting voor de Internationalisering van Hoger Onderwijs en Onderzoek, de Knut en Alice Wallenberg Foundation, het Wallenberg Wood Science Center en door het strategische initiatief van de Zweedse overheid. . in nieuwe functionele materialen, AFM, aan de Universiteit van Linköping.
Artikel: Schakelbare breedband terahertz-absorbers op basis van geleidende polymeer-cellulose-aerogels; Chaoyang Kuang, Shangzhi Chen, Min Luo, Qilun Zhang, Xiao Sun, Shaobo Han, Qingqing Wang, Vallery Stanishev, Vanya Darakchieva, Reverant Crispin, Mats Fahlman, Dan Zhao, Qiye Wen, Magnus P. Jonsson; Geavanceerde wetenschaponline gepubliceerd op 23 november 2023. DOI: 10.1002/advs.202305898
Feiten: Het terahertz-bereik omvat de golflengten tussen microgolf- en infraroodlicht op het elektromagnetische spectrum. De golven hebben een breedte tussen de 0,1 en 1 millimeter en de frequentie bedraagt minimaal 0,3 terahertz en maximaal 30 terahertz. 1 terahertz betekent dat er in één seconde 1 biljoen golven worden verzonden of ontvangen.
Geschreven door Anders Törneholm
Bron: Linköping Universiteit
Oorspronkelijk gepubliceerd in The European Times.
