Cinco anos atrás, quando o cientista de materiais da Universidade do Arizona, Jeffrey Pyun, apresentou sua primeira geração de lentes de plástico laranja ao cientista óptico Robert Norwood, ele respondeu, "Não estamos nos anos 60. Ninguém quer óculos laranja, cara."

Nos anos desde então, uma equipe liderada por Puyn refinou o material e criou a próxima geração de lentes. O plástico, um polímero à base de enxofre forjado a partir de resíduos gerados pelo refino de combustíveis fósseis, é incrivelmente útil para lentes, janela e outros dispositivos que requerem transmissão de luz infravermelha, ou IR, o que torna o calor visível.

"A tecnologia de imagem IR já é amplamente usada para aplicações militares, como visão noturna e mísseis direcionados ao calor, "disse Pyun, um professor do Departamento de Química e Bioquímica que lidera o laboratório que desenvolveu o polímero. “Mas para os consumidores e o setor de transporte, o custo limita a produção de alto volume dessa tecnologia. "

O novo material da lente pode tornar as câmeras infravermelhas e dispositivos sensores mais acessíveis aos consumidores, de acordo com Norwood, professor do James C. Wyant College of Optical Sciences. As aplicações de consumo em potencial incluem veículos econômicos autônomos e imagens térmicas em casa para segurança ou proteção contra incêndio.

Os novos polímeros são mais fortes e mais resistentes à temperatura do que o plástico de enxofre de primeira geração desenvolvido em 2014, que era transparente para comprimentos de onda de infravermelho médio. As novas lentes são transparentes para uma janela espectral mais ampla, estendendo-se para o infravermelho de onda longa, e são muito mais baratos do que o padrão atual da indústria de lentes à base de metal feitas de germânio, um caro, pesado, material raro e tóxico.

Por causa das muitas desvantagens do germânio, Tristan Kleine, estudante de pós-graduação no laboratório de Puyn e primeiro autor do artigo, identificou um plástico à base de enxofre como uma alternativa atraente. Contudo, a capacidade de fazer plásticos transparentes de infravermelho é um negócio complicado.

Os componentes que dão origem a propriedades ópticas úteis, como ligações enxofre-enxofre, também comprometem a força e a resistência à temperatura do material. Além disso, a inclusão de moléculas orgânicas adicionais para dar resistência ao material resultou em transparência reduzida, uma vez que quase todas as moléculas orgânicas absorvem luz infravermelha, Disse Kleine.

Para superar o desafio, Kleine - em colaboração com o estudante de graduação em química Meghan Talbot e o professor de química e bioquímica Dennis Lichtenberger - usou simulações computacionais para projetar moléculas orgânicas que não absorviam IR e previu a transparência dos materiais candidatos.

"Pode ter levado anos para testar esses materiais em laboratório, mas fomos capazes de acelerar bastante o design de novos materiais usando este método, "Disse Kleine.

O germânio requer temperaturas superiores a 1, 700 graus Fahrenheit para derreter e dar forma, mas por causa de sua composição química, as lentes de polímero de enxofre podem ser moldadas a uma temperatura muito mais baixa.

"Uma grande vantagem desses novos plásticos à base de enxofre é a capacidade de processar prontamente esses materiais a temperaturas muito mais baixas do que o germânio em elementos ópticos úteis para câmeras ou sensores, ao mesmo tempo que mantém boas propriedades termomecânicas para evitar rachaduras ou arranhões, "Pyun disse." Este novo material acabou de verificar tantas caixas que não podíamos antes. "

"Sua confiabilidade é essencialmente equivalente aos polímeros ópticos que são usados ​​rotineiramente para óculos, "Norwood acrescentou.

A equipe está fazendo parceria com a Tech Launch Arizona para traduzir a pesquisa em uma tecnologia viável.

"Humanos iluminam-se como uma árvore de Natal em IR, "Pyun disse." Então, quando pensamos sobre a Internet das Coisas e as interfaces homem-máquina, o uso de sensores infravermelhos será uma forma realmente importante de detectar o comportamento e a atividade humana. "

Pesquisadores da Universidade de Delaware e da Universidade Nacional de Seul também contribuíram para o artigo, que foi publicado hoje na revista Angewandte Chemie .