Investigadores del Instituto Nacional de Grafeno de la Universidad de Manchester han creado dispositivos ópticos con un rango único de sintonización, cubriendo todo el espectro electromagnético, incluida la luz visible.

Un artículo publicado en Fotónica de la naturaleza describe las aplicaciones para esta tecnología de 'superficie inteligente' que van desde dispositivos de visualización de próxima generación hasta mantas térmicas dinámicas para satélites y camuflaje adaptativo multiespectral.

La sintonización de los dispositivos se logra mediante un proceso conocido como electrointercalación, que en este caso implica la interposición de iones de litio entre láminas de grafeno multicapa (MLG), ofreciendo control sobre electricidad, propiedades térmicas y magnéticas.

El dispositivo MLG está laminado y sellado al vacío en una bolsa de polietileno de baja densidad que tiene más del 90% de transparencia óptica desde la luz visible hasta la radiación de microondas.

La carga se vuelve gris a dorada

Durante la carga (intercalación) o descarga (desintercalación), las propiedades eléctricas y ópticas de MLG cambian drásticamente. El dispositivo descargado aparece de color gris oscuro debido a la alta absortividad (> 80%) de la capa superior de grafeno en el régimen visible. Cuando el dispositivo está completamente cargado (a ~ 3.8V), la capa de grafeno tiene un color dorado. El espacio de color alcanzable se puede enriquecer para incluir un rango de rojo a azul utilizando efectos ópticos como la interferencia de película delgada.

Profesor Coskun Kocabas, autor principal del estudio, dijo:"Hemos fabricado una nueva clase de dispositivos ópticos multiespectrales con una capacidad de cambio de color previamente inalcanzable mediante la fusión de grafeno y tecnología de batería.

"La demostración exitosa de superficies ópticas inteligentes basadas en grafeno permite avances potenciales en muchos campos científicos y de ingeniería".

Por ejemplo, una manta térmica dinámica podría reflejar selectivamente la luz visible o infrarroja y permitir que un satélite refleje la radiación del lado que mira hacia el sol, mientras emite radiación de sus caras sombreadas. Similar, cuando a la sombra de la Tierra, esa manta puede aislar al satélite del enfriamiento del espacio profundo [ver figura a continuación]. Estas acciones regularían las temperaturas internas de manera mucho más efectiva que un recubrimiento térmico estático.

Estudios anteriores han examinado dispositivos en rangos de longitud de onda específicos de microondas, terahercios infrarrojos y visibles, utilizando grafeno monocapa y multicapa. Pero fue el desafío de extender la cobertura a la luz visible mientras se mantiene la actividad óptica en una longitud de onda más larga lo que requirió innovación en la estructura del dispositivo. Superar las dificultades establecidas en la integración de dispositivos ópticos con celdas electroquímicas.

"Aquí usamos una batería de iones de litio basada en grafeno como dispositivo óptico, ", agregó." Al controlar la densidad electrónica del grafeno, ahora podemos controlar la luz desde las longitudes de onda visibles a las de microondas en el mismo dispositivo ".

El premio Nobel, el profesor Sir Kostya Novoselov, fue coautor del artículo y dijo:"El grafeno de pocas capas ofrece un control sin precedentes sobre sus propiedades ópticas a través de la carga. Estos dispositivos pueden encontrar sus aplicaciones en muchas áreas:desde la óptica adaptativa hasta la gestión térmica".