Soldater behöver ofta se igenom rök, dimma, damm eller något annat luftburet obskyrt ämne och upptäcker förekomsten av gifter eller andra kemikalier i fältet eller vid frontlinjerna. För att identifiera dessa kemikalier, de använder infraröda (IR) sensorer och spektroskopi, som tillåter en specifik ljusfärg att lysa med en viss frekvens som motsvarar varje kemikalie. Att identifiera varje kemikalie kräver att en soldat belägger glasögonen med ett unikt filter, så att den kemiska signaturen kan komma igenom med en specifik frekvens (dvs. en specifik färg).

Forskare vid University of Illinois, dock, har framgångsrikt utvecklat ett avstämbart infrarött filter tillverkat av grafen, vilket skulle göra det möjligt för en solider att ändra ett filters frekvens helt enkelt genom kontrollerad mekanisk deformation av filtret (dvs. grafen origami), och inte genom att ersätta ämnet på glasögonen som används för att filtrera ett visst spektrum av färger.

Forskningen finansieras av Air Force Office of Scientific Research, som är intresserad av sensorer som inte bara är känsliga för olika IR-våglängder, men också mekaniskt styrbar och avstämbar. Resultaten publiceras i en artikel med titeln "Mechanically Reconfigurable Architectured Graphene for Tunable Plasmonic Resonances" i Ljus:Vetenskap och tillämpningar .

Denna applikation är en annan i en serie upptäckter av "undermaterial" grafen av SungWoo Nam, en biträdande professor i mekanisk vetenskap och teknik vid University of Illinois i Urbana-Champaign.

"Typiskt när du placerar grafen på ett substrat, den är extremt genomskinlig och absorberar bara cirka tre procent av ljuset, "Nam noterade. "I vissa vinklar, du kan se det. Vi använder denna mångsidighet för att göra andra strukturer som flexibla och transparenta sensorer av grafen."

Eftersom det är en atom tunn, grafen används normalt när den är platt. Nams forskargrupp ställde en fråga:vad skulle hända om genom origami (pappersvikningskonst), skrynklade du grafenet? Kan du ändra egenskaperna hos grafen genom att ändra dess topografi?

Enligt Nam, forskare har inte provat denna idé tidigare med andra konventionella material eftersom de är spröda och inte kan böjas utan att gå sönder. Det som är unikt med grafen är att det inte bara är tunt, men den är tålig, vilket betyder att den inte går sönder lätt när den är böjd.

"Låt oss säga att vi skapar grafenrynkor genom mekanisk deformation, " sa Nam. "Om du får en viss dimension, kommer det att bli några förändringar i hur ljuset kommer att absorberas av grafenet? Vi ville koppla dimensionerna på den skrynkliga grafenen till dess optiska absorption."

Nams team upptäckte att det verkligen var skrynkligt grafen absorberar ljus olika beroende på struktur och dimensioner genom plasmoniska resonanser, vilket ger olika färger. Dessutom, till skillnad från papper, som inte lätt kan plattas till efter vikning eller skrynklig, grafen kan sträckas om för att bli platt och rynkfri igen. Inte bara det utan mängden ljusabsorption kan ändras med en faktor på cirka 10.

"Genom att ändra formen, du kan absorbera ljuset från en annan frekvens genom att kontrollera plasmoniska resonansförhållanden, "Pilgyu Kang, uppsatsens första författare och nu biträdande professor vid Mechanical Engineering Department vid George Mason University, uppgav. "Och genom att mekaniskt kontrollera höjden och våglängden på grafenrynkorna, Jag kan excitera olika ytplasmoner och därmed absorbera olika frekvenser. Vid slutet av dagen, du får ett inställbart filter."

Genom att välja grafen som filter för infraröda glasögon, Användaren kan vrida på en ratt för att mekaniskt sträcka och komprimera grafenet. Det möjliggör en förändring av ljusvåglängden som absorberas. Så som ett exempel på dess tillämpning, en solider kan alltså enkelt ställa in grafenfiltret till en önskad våglängd för att matcha den typ av kemikalie han/hon letar efter.

"I ett konventionellt filter, när du har gjort filtret, du är färdig, " avslutade Nam. "Oavsett storlek, det finns en unik ljusvåglängd. Med grafen, beroende på hur mycket du stretchar och släpper, du kan kommunicera i olika ljusvåglängder. "