Hace cinco años, cuando el científico de materiales de la Universidad de Arizona, Jeffrey Pyun, presentó su primera generación de lentes de plástico teñidos de naranja al científico óptico Robert Norwood, respondió: "Esto no es la década de los 60. Nadie quiere gafas naranjas, hombre."
En los años posteriores, un equipo dirigido por Puyn ha refinado el material y ha creado la próxima generación de lentes. El plástico, un polímero a base de azufre forjado a partir de desechos generados por la refinación de combustibles fósiles, es increíblemente útil para lentes, ventanas y otrosdispositivos que requieren la transmisión de luz infrarroja, o IR, que hace que el calor sea visible.
"La tecnología de imágenes IR ya se utiliza ampliamente para aplicaciones militares como la visión nocturna y los misiles buscadores de calor", dijo Pyun, profesor del Departamento de Química y Bioquímica que dirige el laboratorio que desarrolló el polímero. "Pero para los consumidores yel sector del transporte, el costo limita la producción de gran volumen de esta tecnología. "
El nuevo material de la lente podría hacer que las cámaras IR y los dispositivos de sensor sean más accesibles para los consumidores, según Norwood, profesor de la Facultad de Ciencias Ópticas James C. Wyant. Las aplicaciones potenciales para los consumidores incluyen vehículos autónomos económicos e imágenes térmicas en el hogar para la seguridado protección contra incendios.
Los nuevos polímeros son más fuertes y más resistentes a la temperatura que el plástico de azufre de primera generación desarrollado en 2014 que era transparente a las longitudes de onda del IR medio. Los nuevos lentes son transparentes a una ventana espectral más amplia, que se extiende al IR de onda larga, yson mucho menos costosos que el estándar actual de la industria de lentes a base de metal hechos de germanio, un material caro, pesado, raro y tóxico.
Debido a los muchos inconvenientes del germanio, Tristan Kleine, un estudiante graduado en el laboratorio de Puyn y primer autor del artículo, identificó un plástico a base de azufre como una alternativa atractiva. Sin embargo, la capacidad de fabricar plásticos transparentes a los rayos infrarrojos es un negocio complicado.
Los componentes que dan lugar a propiedades ópticas útiles, como los enlaces azufre-azufre, también comprometen la fuerza y la resistencia a la temperatura del material. Además, la inclusión de moléculas orgánicas adicionales para dar resistencia al material resultó en una transparencia reducida, ya que casitodas las moléculas orgánicas absorben la luz IR, dijo Kleine.
Para superar el desafío, Kleine, en colaboración con la estudiante graduada de química Meghan Talbot y el profesor de química y bioquímica Dennis Lichtenberger, utilizó simulaciones computacionales para diseñar moléculas orgánicas que no absorbieran IR y predijo la transparencia de los materiales candidatos.
"Podría haber llevado años probar estos materiales en el laboratorio, pero pudimos acelerar enormemente el diseño de nuevos materiales con este método", dijo Kleine.
El germanio requiere temperaturas superiores a 1700 grados Fahrenheit para fundirse y dar forma, pero debido a su composición química, las lentes de polímero de azufre se pueden moldear a una temperatura mucho más baja.
"Una de las principales ventajas de estos nuevos plásticos a base de azufre es la capacidad de procesar fácilmente estos materiales a temperaturas mucho más bajas que el germanio en elementos ópticos útiles para cámaras o sensores, sin dejar de mantener buenas propiedades termomecánicas para evitar grietas o arañazos", Pyundijo. "Este nuevo material acaba de marcar tantas casillas que antes no podíamos".
"Su confiabilidad es esencialmente equivalente a la de los polímeros ópticos que se utilizan habitualmente para anteojos", agregó Norwood.
El equipo se está asociando con Tech Launch Arizona para traducir la investigación en una tecnología viable.
"Los seres humanos se iluminan como un árbol de Navidad en IR", dijo Pyun. Por lo tanto, si pensamos en la Internet de las cosas y las interfaces hombre-máquina, el uso de sensores IR será una forma muy importante de detectarcomportamiento y actividad. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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