I soldati spesso hanno bisogno di vedere attraverso il fumo, nebbia, polvere o qualsiasi altro oscurante presente nell'aria e rilevare la presenza di tossine o altri prodotti chimici nel campo o in prima linea. Per identificare queste sostanze chimiche, utilizzano sensori a infrarossi (IR) e spettroscopia, che consentono a un colore specifico di luce di risplendere a una frequenza particolare corrispondente a ciascuna sostanza chimica. Identificare ogni sostanza chimica richiederà a un soldato di rivestire la maschera con un filtro unico, consentendo alla firma chimica di passare a una frequenza specifica (cioè, un colore specifico).

Ricercatori dell'Università dell'Illinois, però, hanno sviluppato con successo un filtro a infrarossi sintonizzabile a base di grafene, che consentirebbe a un soldato di modificare la frequenza di un filtro semplicemente mediante una deformazione meccanica controllata del filtro (cioè, origami di grafene), e non sostituendo la sostanza sugli occhiali utilizzati per filtrare un particolare spettro di colori.

La ricerca è finanziata dall'Air Force Office of Scientific Research, che è interessato a sensori che non sono solo sensibili alle diverse lunghezze d'onda IR, ma anche meccanicamente controllabile e sintonizzabile. I risultati sono pubblicati in un articolo intitolato "Grafene architetturato riconfigurabile meccanicamente per risonanze plasmoniche sintonizzabili" in Luce:scienza e applicazioni .

Questa applicazione è un'altra di una serie di scoperte di grafene "materiale meraviglioso" di SungWoo Nam, un assistente professore di scienze meccaniche e ingegneria presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.

"In genere quando si posiziona il grafene su un substrato, è estremamente trasparente e assorbe solo il tre percento circa della luce, " osservò Nam. "A certe angolazioni, Puoi vederlo. Usiamo questa versatilità per realizzare altre strutture come sensori flessibili e trasparenti con il grafene".

Perché è sottile un atomo, il grafene viene normalmente utilizzato quando è piatto. Il team di ricerca di Nam ha posto una domanda:cosa accadrebbe se attraverso l'origami (arte di piegare la carta), hai stropicciato il grafene? Potresti cambiare le proprietà del grafene alterando la sua topografia?

Secondo Nam, gli scienziati non hanno mai provato questa idea con altri materiali convenzionali perché sono fragili e non possono essere piegati senza rompersi. La particolarità del grafene è che non è solo sottile, ma è resistente, il che significa che non si rompe facilmente quando è piegato.

"Diciamo che creiamo rughe di grafene per deformazione meccanica, " Disse Nam. "Se ottieni una certa dimensione, ci saranno cambiamenti nel modo in cui la luce sarà assorbita dal grafene? Volevamo collegare le dimensioni del grafene rugoso al suo assorbimento ottico".

Il team di Nam ha scoperto che in effetti, il grafene rugoso assorbe la luce in modo diverso a seconda della struttura e delle dimensioni attraverso risonanze plasmoniche, producendo così colori diversi. Inoltre, a differenza della carta, che non può essere facilmente appiattito dopo essere stato piegato o accartocciato, il grafene può essere nuovamente allungato per diventare di nuovo piatto e senza rughe. Non solo, ma la quantità di assorbimento della luce può essere alterata di un fattore di circa 10.

"Cambiando forma, puoi assorbire la luce di una frequenza diversa controllando le condizioni di risonanza plasmonica, "Pilgyu Kang, il primo autore dell'articolo e ora Assistant Professor presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della George Mason University, ha dichiarato. "E controllando meccanicamente l'altezza e la lunghezza d'onda delle rughe di grafene, Posso eccitare diversi plasmoni di superficie e quindi assorbire frequenze diverse. Alla fine del giorno, ottieni un filtro sintonizzabile."

Scegliendo il grafene come filtro per gli occhiali a infrarossi, l'utente può ruotare una manopola per allungare e comprimere meccanicamente il grafene. Ciò consente un cambiamento della lunghezza d'onda della luce assorbita. Quindi, come esempio della sua applicazione, un soldato può quindi facilmente sintonizzare il filtro di grafene su una lunghezza d'onda desiderata per abbinare il tipo di sostanza chimica che sta cercando.

"In un filtro convenzionale, una volta fatto il filtro, hai fatto, " Nam ha concluso. "Non importa la dimensione, esiste un'unica lunghezza d'onda della luce. Con grafene, a seconda di quanto allunghi e rilasci, puoi comunicare in diverse lunghezze d'onda della luce."