纳米级工程促进光扭曲材料的应用

       根据密歇根大学和空军研究实验室领导的研究，现在可以通过扭曲光束的坚固复合材料片对飞机推进系统的热湍流进行成像。

　　这些板材采用一种新的制造方法生产，该方法开辟了飞机设计之外的可能性，因为它使新型材料能够用于偏振光学。虽然该团队展示了高温耐受性，但预计新的机械、电气和物理特性也将出现，在能源、车辆和机器人传感器以及太空探索方面具有潜在的应用。

　    “将多种功能结合到2D材料中开辟了一个充满可能性的世界，”空军研究实验室的高级研究材料工程师Dhriti Nepal说，该研究的共同通讯作者最近发表在《自然》杂志上。

　　“想想蝴蝶的翅膀，它允许它飞行、调节温度和反射光线以产生特定的颜色来吸引配偶和躲避捕食者。这种技术为创造能够实现任何人们可以想象的多功能设备提供了新的设计机会。

　　关键是将不会自行扭曲光的纳米材料排列到将光波变成左旋或右旋螺旋的层上，称为圆偏振。在飞机示例中，发动机产生的湍流使光线旋转，然后通过材料进行过滤以进行成像。如今，LCD屏幕和热致变色涂料等设备已经使用液晶控制光波的扭曲和取向，但它们的熔化温度不会高于环境温度。

　　“在某些情况下，您可能希望将光扭曲到液晶正常工作温度之外。现在，我们可以为这些环境制造光偏振设备，“密歇根大学欧文·朗缪尔化学科学与工程杰出大学教授、该研究的主要作者尼古拉斯·科托夫说。

　　这种新材料可以在250摄氏度的温度下扭曲光线，通过对飞机发动机和其他应用中的湍流成像，它可以使航空航天工程师改进设计，以获得更好的飞机飞行性能。

　　“未来的航空航天系统将继续推动技术可行性的发展。这些低成本的光学材料提供了模块化，这对于优化各种未来技术的解决方案至关重要，“空军研究实验室材料和制造首席科学家、该研究的通讯作者Richard Vaia说。

　　为了制造这些材料，研究人员将微观凹槽放入塑料片中，并用几层直径小于一毫米的微小扁平颗粒覆盖。这些颗粒用分子粘合剂的交替层固定到位，它们可以由任何可以制成扁平纳米颗粒的材料制成。对于他们的耐热材料，研究人员使用了称为MXenes的类似陶瓷的材料。

　　当光穿过材料时，它会分成两束，一束是水平振荡波，另一束是垂直振荡波。垂直波比水平波通过得更快。结果，波异相退出并显示为光的螺旋。凹槽的角度决定了光螺旋的方向，银纳米线层可以帮助确保光仅向左或向右螺旋。

　　“我们的计算表明，光学特性不是来自纳米板本身，而是来自它们在我们的制造过程中引起的凹槽上的取向，”圣卡洛斯联邦大学化学副教授AndréFarias de Moura说。

来源：激光网