Il SeedGel può funzionare come un cancello sensibile alla temperatura per una particolare lunghezza d'onda della luce. Qui vediamo una rappresentazione della luce che passa attraverso il gel. Poiché viene riscaldato attraverso una specifica gamma di temperature, il gel diventa inizialmente opaco a tutti i colori tranne che a singoli. Quindi, quando il calore aumenta, prima consente il passaggio di lunghezze d'onda più corte e blu, quindi progressivamente lunghezze d'onda più lunghe e rosse. Alla fine, una volta superata l'intervallo di temperatura, il gel torna ad essere opaco a tutta la luce visibile. Credito:N. Hanacek/NIST
Colora felici questi scienziati. Un gel esotico che hanno studiato al National Institute of Standards and Technology (NIST) ha una proprietà inaspettata:la temperatura del materiale determina quale colore della luce può attraversarlo.
Il materiale, che il team di ricerca chiama "SeedGel", ha già mostrato risultati promettenti come strumento multiuso, con applicazioni che vanno dalle batterie ai filtri per l'acqua all'ingegneria dei tessuti. Il nuovo documento del team, apparso su Nature Communications , mette in evidenza la nuova capacità del gel come filtro per la luce sensibile alla temperatura. Fai brillare la luce bianca sul gel e, a seconda della temperatura del gel, solo una lunghezza d'onda o un colore specifico lo attraverserà. Una variazione di temperatura inferiore a un decimo di grado Celsius può essere sufficiente per alterare la lunghezza d'onda consentita, che può essere di qualsiasi colore nel campo del visibile, nonché parti dell'ultravioletto e dell'infrarosso.
"Il nostro lavoro precedente ha mostrato che il SeedGel può trasformarsi da trasparente a opaco e viceversa, ma non abbiamo esplorato cosa può fare con il colore", ha affermato Yun Liu, che è entrambi uno scienziato presso il NIST Center for Neutron Research (NCNR) e un professore all'Università del Delaware. "La sua capacità di controllare con precisione il colore è stata una nuova scoperta".
La creazione del team è distinta da altre che potrebbero essere familiari dal mercato. Da non confondere con un anello dell'umore, i cui cristalli liquidi termocromici cambiano colore con la temperatura. Non si tratta nemmeno di una variazione delle lenti fotocromatiche degli occhiali da sole, che si scuriscono se esposte ai raggi ultravioletti. Invece, il gel funziona come una porta sensibile alla temperatura per una particolare lunghezza d'onda della luce.
Il loro gel inizia come un fluido trasparente fatto di acqua e solventi liquidi con l'aggiunta di nanoparticelle di silice. Se questa miscela viene riscaldata a una certa temperatura, i liquidi e le nanoparticelle formeranno un gel fisico che inizialmente rimane trasparente ma ora possiede una struttura interna diversa. Invece di un fluido informe, i liquidi formano canali microscopici ad incastro, con le nanoparticelle confinate all'interno di uno di essi.
Poiché viene riscaldato attraverso un intervallo specifico di temperature più elevate, appare l'effetto appena scoperto:il gel diventa opaco a tutti i colori tranne i singoli, consentendo dapprima il passaggio di lunghezze d'onda più corte e più blu, poi progressivamente più lunghe e più rosse. Alla fine, una volta superato questo intervallo di temperatura, il gel diventa opaco a tutta la luce visibile.
Gli esperimenti di dispersione dei neutroni eseguiti presso l'NCNR spiegano questo comportamento insolito. La modifica della temperatura provoca uno scambio di molecole liquide tra i canali microscopici, alterando l'indice di rifrazione complessivo di questi canali. Una lunghezza d'onda della luce passa, ma altri colori vengono dispersi.
Il comportamento è un esempio dell'effetto Christiansen, identificato nel 1884. Esistono filtri che si basano sull'effetto Christiansen, ma i ricercatori indicano che il loro nuovo gel offre notevoli vantaggi all'industria:non solo il loro gel è più sensibile ai cambiamenti di temperatura , ma il potenziale intervallo di temperatura in cui opera è più ampio, poiché può essere personalizzato tra 15 e 100 gradi Celsius. Può essere sintonizzato per coprire un'ampia gamma di lunghezze d'onda, potenzialmente dall'ultravioletto (da poco meno di 400 nanometri) al vicino infrarosso (fino a 2500 nanometri). E consente il passaggio di più luce rispetto ai tipici filtri Christiansen.
Poiché il gel, indipendentemente dalle personalizzazioni, è realizzato con materiali economici e facilmente disponibili, offre vantaggi per l'industria, ha affermato Yuyin Xi, un membro del team dell'Università del Delaware.
"L'approccio è versatile con grande sintonizzabilità e il processo di produzione può essere facilmente ampliato", ha affermato. "È un candidato promettente per l'uso in una gamma di dispositivi ottici intelligenti e nuove classi di materiali che hanno applicazioni a colori". + Esplora ulteriormente
