Högfrekventa terahertzvågor har stor potential för ett antal tillämpningar, inklusive nästa generations medicinsk bildbehandling och kommunikation. Det har forskare vid Linköpings universitet visat i en studie publicerad i tidskriften Advanced Science , att överföringen av terahertzljus genom en aerogel gjord av cellulosa och en ledande polymer kan avstämmas. Detta är ett viktigt steg för att låsa upp fler applikationer för terahertzvågor.
Terahertzområdet täcker våglängder som ligger mellan mikrovågor och infrarött ljus på det elektromagnetiska spektrumet. Den har en mycket hög frekvens. Tack vare detta tror många forskare att terahertz-serien har stor potential för användning inom bland annat rymdutforskning, säkerhetsteknik och kommunikationssystem.
Inom medicinsk bildbehandling kan det också vara ett intressant substitut för röntgenundersökningar eftersom vågorna kan passera genom de flesta icke-ledande material utan att skada någon vävnad.
Det finns dock flera tekniska hinder att övervinna innan terahertz-signaler kan användas allmänt. Det är till exempel svårt att skapa terahertzstrålning på ett effektivt sätt och det behövs material som kan ta emot och justera överföringen av terahertzvågor.
Forskare vid Linköpings universitet har nu tagit fram ett material vars absorption av terahertzsignaler kan slås på och av genom en redoxreaktion. Materialet är en aerogel, som är ett av världens lättaste fasta material.
"Det är som ett justerbart filter för terahertzljus. I ett tillstånd kommer den elektromagnetiska signalen inte att absorberas och i det andra tillståndet. Den egenskapen kan vara användbar för långdistanssignaler från rymden eller radarsignaler", säger Shangzhi Chen, postdoc vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, vid Linköpings universitet.
Linköpingsforskarna använde en ledande polymer, PEDOT:PSS, och cellulosa för att skapa sin aerogel. De designade också aerogelen med utomhusapplikationer i åtanke. Den är både vattenavvisande (hydrofob) och kan naturligt tinas genom uppvärmning av solljus.
Ledande polymerer har många fördelar jämfört med andra material som används för att skapa avstämbara material. De är bland annat biokompatibla, hållbara och har en stor förmåga att trimmas. Stämbarheten kommer från förmågan att ändra laddningstätheten i materialet. De stora fördelarna med cellulosa är den relativt låga produktionskostnaden jämfört med andra liknande material och att det är ett förnybart material som är nyckeln till hållbara tillämpningar.
"Sändningen av terahertzvågor i ett brett frekvensområde skulle kunna regleras mellan cirka 13 % och 91 %, vilket är ett mycket stort modulationsintervall", säger Chaoyang Kuang, postdoc vid LOE.
Mer information: Chaoyang Kuang et al, Switchable Broadband Terahertz Absorbers Based on Conducting Polymer-Cellulose Aerogels, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202305898
Journalinformation: Avancerad vetenskap
Tillhandahålls av Linköpings universitet
