Cinque anni fa, quando lo scienziato dei materiali dell'Università dell'Arizona Jeffrey Pyun ha presentato la sua prima generazione di lenti in plastica arancione allo scienziato ottico Robert Norwood, lui ha risposto, "Non sono gli anni '60. Nessuno vuole occhiali arancioni, uomo."

Negli anni successivi, un team guidato da Puyn ha perfezionato il materiale e creato la prossima generazione di lenti. La plastica, un polimero a base di zolfo forgiato da rifiuti generati dalla raffinazione di combustibili fossili, è incredibilmente utile per gli obiettivi, finestre e altri dispositivi che richiedono la trasmissione di luce infrarossa, o IR, che rende visibile il calore.

"La tecnologia di imaging IR è già ampiamente utilizzata per applicazioni militari come la visione notturna e i missili a ricerca di calore, " ha detto Pyun, un professore del Dipartimento di Chimica e Biochimica che guida il laboratorio che ha sviluppato il polimero. "Ma per i consumatori e il settore dei trasporti, il costo limita la produzione ad alto volume di questa tecnologia."

Il nuovo materiale delle lenti potrebbe rendere le fotocamere IR e i sensori più accessibili ai consumatori, secondo Norwood, un professore al James C. Wyant College of Optical Sciences. Le potenziali applicazioni per i consumatori includono veicoli autonomi economici e termografia domestica per la sicurezza o la protezione antincendio.

I nuovi polimeri sono più forti e più resistenti alla temperatura rispetto alla plastica allo zolfo di prima generazione sviluppata nel 2014 che era trasparente alle lunghezze d'onda dell'IR medio. Le nuove lenti sono trasparenti per una finestra spettrale più ampia, estendendosi nell'IR a onde lunghe, e sono molto meno costosi dell'attuale standard industriale di lenti a base di metallo in germanio, un costoso, pesante, materiale raro e tossico.

A causa dei numerosi inconvenienti del germanio, Tristan Kleine, uno studente laureato nel laboratorio di Puyn e primo autore della carta, ha identificato una plastica a base di zolfo come un'alternativa interessante. Però, la capacità di produrre plastiche trasparenti agli infrarossi è un affare complicato.

I componenti che danno origine a proprietà ottiche utili, come i legami zolfo-zolfo, compromettere anche la robustezza e la resistenza alla temperatura del materiale. Inoltre, l'inclusione di ulteriori molecole organiche per conferire resistenza al materiale ha comportato una ridotta trasparenza, poiché quasi tutte le molecole organiche assorbono la luce IR, ha detto Kleine.

Per vincere la sfida, Kleine, in collaborazione con la studentessa laureata in chimica Meghan Talbot e il professore di chimica e biochimica Dennis Lichtenberger, ha utilizzato simulazioni computazionali per progettare molecole organiche che non assorbissero gli infrarossi e prevedevano la trasparenza dei materiali candidati.

"Ci sarebbero voluti anni per testare questi materiali in laboratorio, ma siamo stati in grado di accelerare notevolmente la progettazione di nuovi materiali utilizzando questo metodo, " ha detto Klein.

Il germanio richiede temperature maggiori di 1, 700 gradi Fahrenheit per fondere e modellare, ma a causa della sua composizione chimica, le lenti in polimero di zolfo possono essere sagomate a una temperatura molto più bassa.

"Un grande vantaggio di queste nuove plastiche a base di zolfo è la capacità di elaborare prontamente questi materiali a temperature molto più basse del germanio in elementi ottici utili per fotocamere o sensori, pur mantenendo buone proprietà termomeccaniche per prevenire screpolature o graffi, " ha detto Pyun. "Questo nuovo materiale ha appena controllato così tante scatole che non potevamo prima."

"La sua affidabilità è essenzialmente equivalente ai polimeri ottici che vengono abitualmente utilizzati per gli occhiali, " ha aggiunto Norwood.

Il team sta collaborando con Tech Launch Arizona per tradurre la ricerca in una tecnologia praticabile.

"Gli esseri umani si illuminano come un albero di Natale in IR, " disse Pyun. "Allora, mentre pensiamo all'Internet of Things e alle interfacce uomo-macchina, l'uso di sensori IR sarà un modo davvero importante per rilevare il comportamento e l'attività umana".

Anche i ricercatori dell'Università del Delaware e della Seoul National University hanno contribuito al documento, che è stato pubblicato oggi sulla rivista Angewandte Chemie .