Los investigadores probaron una nueva técnica para imprimir y obtener imágenes tanto en color como en infrarrojos con esta imagen de un loro. La incrustación muestra cómo se creó un esquema de color RGB simple mediante la construcción de rectángulos de diferentes longitudes para cada uno de los colores, así como nanocubos individuales sobre una película de oro que crean el elemento plasmónico. Crédito:imageBROKER / Alamy Foto de stock
Los investigadores de la Universidad de Duke creen que han superado un obstáculo de larga data para producir más barato, Formas más sólidas de imprimir e imágenes en una gama de colores que se extienden hasta el infrarrojo.
Como te dirá cualquier camarón mantis, Existe una amplia gama de "colores" a lo largo del espectro electromagnético que los humanos no pueden ver pero que proporcionan una gran cantidad de información. Los sensores que se extienden hacia el infrarrojo pueden, por ejemplo, identificar miles de plantas y minerales, diagnosticar melanomas cancerosos y predecir patrones climáticos, simplemente por el espectro de luz que reflejan.
Las tecnologías de imágenes actuales que pueden detectar longitudes de onda infrarrojas son caras y voluminosas, que requieren numerosos filtros o conjuntos complejos frente a un fotodetector de infrarrojos. La necesidad de movimiento mecánico en tales dispositivos reduce su vida útil esperada y puede ser un inconveniente en condiciones difíciles. como los que experimentan los satélites.
En un nuevo periódico un equipo de ingenieros de Duke revela una técnica de fabricación que promete llevar una forma simplificada de imágenes multiespectrales al uso diario. Debido a que el proceso utiliza materiales existentes y técnicas de fabricación que son económicas y fácilmente escalables, podría revolucionar cualquier industria en la que se utilicen imágenes o impresiones multiespectrales.
Los resultados aparecen en línea el 14 de diciembre en la revista. Materiales avanzados .
"Es un desafío crear sensores que puedan detectar tanto el espectro visible como el infrarrojo, "dijo Maiken Mikkelsen, el Profesor Asistente de Nortel Networks de Ingeniería Eléctrica e Informática y Física en Duke.
"Tradicionalmente, se necesitan diferentes materiales que absorban diferentes longitudes de onda, y eso se pone muy caro, ", Dijo Mikkelsen." Pero con nuestra tecnología, Las respuestas de los detectores se basan en propiedades estructurales que diseñamos más que en las propiedades naturales de un material. Lo que es realmente emocionante es que podemos emparejar esto con un esquema de fotodetector para combinar imágenes tanto en el espectro visible como en el infrarrojo en un solo chip ".
La nueva tecnología se basa en plasmónicos:el uso de fenómenos físicos a nanoescala para atrapar ciertas frecuencias de luz.
Un primer plano de la colorida imagen del loro impresa en una fina oblea de oro utilizando la nueva tecnología basada en nanocubos. Los colores aparecen apagados debido al oro subyacente, así como las dificultades que tienen las cámaras típicas para obtener imágenes de la nueva tecnología. Crédito:Maiken Mikkelsen, Universidad de Duke
Los ingenieros diseñan cubos de plata de solo 100 nanómetros de ancho y los colocan solo unos pocos nanómetros por encima de una fina lámina de oro. Cuando la luz entrante incide en la superficie de un nanocubo, excita los electrones de la plata, atrapando la energía de la luz, pero solo a una cierta frecuencia.
El tamaño de los nanocubos de plata y su distancia desde la capa base de oro determina esa frecuencia, mientras que controlar el espacio entre las nanopartículas permite ajustar la fuerza de la absorción. Al adaptar con precisión estos espacios, los investigadores pueden hacer que el sistema responda a cualquier color específico que deseen, desde las longitudes de onda visibles hasta el infrarrojo.
El desafío al que se enfrentan los ingenieros es cómo construir un dispositivo útil que pueda ser lo suficientemente escalable y económico para usar en el mundo real. Para eso, Mikkelsen se volvió hacia su equipo de investigación, incluido el estudiante graduado Jon Stewart.
"Se han demostrado tipos similares de materiales antes, pero todos han utilizado técnicas costosas que han impedido que la tecnología pase al mercado, ", dijo Stewart." Hemos creado un esquema de fabricación que es escalable, no necesita una sala limpia y evita el uso de máquinas millonarias, todo mientras se logran sensibilidades de frecuencia más altas. Nos ha permitido hacer cosas en el campo que no se habían hecho antes ".
Para construir un detector, Mikkelsen y Stewart utilizaron un proceso de grabado con luz y adhesivos para modelar los nanocubos en píxeles que contienen diferentes tamaños de nanocubos de plata. y por lo tanto cada uno sensible a una longitud de onda de luz específica. Cuando la luz entrante golpea la matriz, cada área responde de manera diferente dependiendo de la longitud de onda de la luz a la que es sensible. Al descubrir cómo responde cada parte de la matriz, una computadora puede reconstruir de qué color era la luz original.
La técnica también se puede utilizar para imprimir, el equipo mostró. En lugar de crear píxeles con seis secciones ajustadas para responder a colores específicos, crearon píxeles con tres barras que reflejan tres colores:azul, verde y rojo. Controlando las longitudes relativas de cada barra, pueden dictar qué combinación de colores refleja el píxel. Es una versión novedosa del esquema RGB clásico que se utilizó por primera vez en fotografía en 1861.
Pero a diferencia de la mayoría de las otras aplicaciones, el esquema de color plasmónico promete nunca desvanecerse con el tiempo y se puede reproducir de manera confiable con gran precisión una y otra vez. También permite a sus usuarios crear esquemas de color en el infrarrojo.
"De nuevo, la parte interesante es poder imprimir tanto en visible como en infrarrojo en el mismo sustrato, "dijo Mikkelsen." Podrías imaginarte imprimiendo una imagen con una parte oculta en el infrarrojo, o incluso cubriendo un objeto completo para adaptar su respuesta espectral ".
