Las láminas se produjeron con un nuevo método de fabricación que abre posibilidades más allá del diseño de aviones, ya que permite utilizar nuevas clases de materiales en óptica de polarización. Si bien el equipo demostró tolerancia a altas temperaturas, también se espera que surjan nuevas propiedades mecánicas, eléctricas y físicas, con posibles aplicaciones en energía, sensores para vehículos y robots, y exploración espacial.

"La combinación de múltiples funcionalidades en materiales 2D abre un mundo de posibilidades", afirmó Dhriti Nepal, ingeniero senior de materiales de investigación en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y coautor correspondiente del estudio publicado recientemente en Nature. .

"Piense en las alas de una mariposa, que le permiten volar, regular la temperatura y reflejar la luz para producir colores específicos para atraer parejas y evitar a los depredadores. Esta técnica proporciona nuevas oportunidades de diseño para crear dispositivos multifuncionales capaces de cualquier cosa que uno pueda imaginar". P>

La clave es disponer nanomateriales que no desvíen la luz por sí solos en capas que conviertan las ondas de luz en espirales de izquierda o derecha, conocidas como polarizaciones circulares. En el ejemplo del avión, la turbulencia creada por el motor hace girar la luz, que luego se filtra a través del material para obtener imágenes. Hoy en día, dispositivos como las pantallas LCD y las pinturas termocrómicas ya controlan la torsión y la orientación de las ondas de luz utilizando cristales líquidos, pero se funden no muy por encima de la temperatura ambiente.

"Podría haber situaciones en las que se desee desviar la luz fuera de las temperaturas de funcionamiento normales de los cristales líquidos. Ahora, podemos fabricar dispositivos polarizadores de luz para ese tipo de entornos", dijo Nicholas Kotov, profesor distinguido de ciencias químicas de la Universidad Irving Langmuir. e Ingeniería de la UM y autor principal del estudio.

El nuevo material puede distorsionar la luz a 250 grados Celsius y, a través de la obtención de imágenes de turbulencias en motores de aviones y otras aplicaciones, podría permitir a los ingenieros aeroespaciales mejorar los diseños para mejorar el rendimiento de los vuelos de los aviones.

"Los futuros sistemas aeroespaciales continúan superando el límite de la viabilidad técnica. Estos materiales ópticos de bajo costo ofrecen modularidad, lo cual es crucial para optimizar soluciones para una amplia gama de tecnologías futuras", dijo Richard Vaia, científico jefe de materiales y fabricación de la Fuerza Aérea. Laboratorio de Investigación y autor correspondiente del estudio.

Para fabricar los materiales, los investigadores colocaron ranuras microscópicas en una lámina de plástico y la cubrieron con varias capas de partículas diminutas y planas con un diámetro 10.000 veces menor que un milímetro. Estas partículas se mantenían en su lugar con capas alternas de un adhesivo molecular y podían fabricarse a partir de cualquier material que pudiera convertirse en nanopartículas planas. Para sus materiales tolerantes al calor, los investigadores utilizaron materiales similares a la cerámica llamados MXenes.

A medida que la luz se mueve a través del material, se divide en dos haces, uno con ondas que oscilan horizontalmente y otro con ondas que oscilan verticalmente. Las ondas verticales pasan más rápido que las ondas horizontales. Como resultado, las ondas salen desfasadas y aparecen como una espiral de luz. El ángulo de las ranuras determina la dirección en la que la luz gira en espiral, y las capas de nanocables de plata pueden ayudar a garantizar que la luz gire en espiral únicamente hacia la izquierda o hacia la derecha.

"Nuestros cálculos sugieren que las propiedades ópticas no provienen de las nanoplacas en sí, sino de su orientación en las ranuras causadas por nuestro proceso de fabricación", dijo André Farias de Moura, profesor asociado de química en la Universidad Federal de São Carlos y profesor asociado de química en la Universidad Federal de São Carlos. coautor correspondiente del estudio.

Felippe Colombari del Laboratorio Nacional de Biorrenovables de Brasil también contribuyó al estudio. Nicholas Kotov también es profesor de ingeniería Joseph B. y Florence V. Cejka y profesor de ciencia e ingeniería macromoleculares.