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, el respondió, "Estos no son los años 60. Nadie quiere gafas naranjas, hombre."

En los años posteriores, un equipo dirigido por Puyn ha perfeccionado 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, ventana y otros dispositivos que requieran la transmisión de luz infrarroja, o IR, que hace visible el calor.

"La tecnología de imágenes de infrarrojos ya se utiliza ampliamente para aplicaciones militares como la visión nocturna y los misiles de búsqueda de calor, "dijo Pyun, profesor del Departamento de Química y Bioquímica que dirige el laboratorio que desarrolló el polímero. "Pero para los consumidores y el 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 el consumidor incluyen vehículos autónomos económicos e imágenes térmicas en el hogar para seguridad o 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 longitudes de onda de infrarrojo medio. Las nuevas lentes son transparentes a una ventana espectral más amplia, extendiéndose en el IR de onda larga, y son mucho menos costosos que el estándar actual de la industria de lentes a base de metal hechos de germanio, un costoso, pesado, material raro y tóxico.

Debido a los muchos inconvenientes del germanio, Tristan Kleine, estudiante de posgrado 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 infrarrojos es un negocio complicado.

Los componentes que dan lugar a propiedades ópticas útiles, como enlaces azufre-azufre, también comprometen la fuerza y ​​la resistencia a la temperatura del material. Es más, la inclusión de moléculas orgánicas adicionales para dar resistencia al material dio como resultado una transparencia reducida, dado que casi todas las moléculas orgánicas absorben 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 1, 700 grados Fahrenheit para derretir y dar forma, pero debido a su composición química, las lentes de polímero de azufre pueden moldearse 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, manteniendo buenas propiedades termomecánicas para evitar grietas o arañazos, "Dijo Pyun." Este nuevo material acaba de marcar tantas casillas que antes no podíamos ".

"Su fiabilidad es esencialmente equivalente a la de los polímeros ópticos que se utilizan habitualmente para anteojos, "Añadió 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, "Pyun dijo." Entonces, al pensar en la Internet de las cosas y las interfaces hombre-máquina, el uso de sensores de infrarrojos será una forma realmente importante de detectar el comportamiento y la actividad humanos ".

Investigadores de la Universidad de Delaware y la Universidad Nacional de Seúl también contribuyeron al artículo, que se publicó hoy en la revista Angewandte Chemie .