Novel gel prova ser um filtro de cor altamente ajustável

O SeedGel pode funcionar como um portão sensível à temperatura para um determinado comprimento de onda de luz. Aqui, vemos uma representação da luz que passa pelo gel. À medida que é aquecido através de uma faixa específica de temperaturas, o gel primeiro fica opaco para todas as cores, exceto para cores individuais. Então, à medida que o calor aumenta, ele primeiro permite que comprimentos de onda mais curtos e azuis passem, depois comprimentos de onda progressivamente mais longos e mais vermelhos. Eventualmente, uma vez que a faixa de temperatura é excedida, o gel torna-se novamente opaco a toda luz visível. Crédito:N. Hanacek/NIST

Colora esses cientistas felizes. Um gel exótico que eles estudaram no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) tem uma propriedade inesperada:a temperatura do material determina qual cor de luz pode passar por ele.
O material, que a equipe de pesquisa chama de "SeedGel", já se mostrou promissor como ferramenta multiuso, com aplicações que vão de baterias a filtros de água e engenharia de tecidos. O novo artigo da equipe, publicado em Nature Communications , destaca a nova capacidade do gel como filtro de luz sensível à temperatura. Brilhe luz branca no gel e, dependendo da temperatura do gel, apenas um comprimento de onda específico, ou cor, passará por ele. Uma mudança de temperatura inferior a um décimo de grau Celsius pode ser suficiente para alterar o comprimento de onda permitido, que pode ser qualquer cor na faixa visível, bem como partes do ultravioleta e infravermelho.

“Nosso trabalho anterior mostrou que o SeedGel pode se transformar de claro em opaco e vice-versa, mas não exploramos o que ele pode fazer com a cor”, disse Yun Liu, que é cientista do NIST Center for Neutron Research (NCNR). e professor da Universidade de Delaware. "Sua capacidade de controlar a cor com precisão foi uma nova descoberta."

A criação da equipe é distinta de outras que podem ser familiares do mercado. Não confunda com um anel de humor, cujos cristais líquidos termocrômicos mudam de cor com a temperatura. Tampouco é uma variação das lentes de óculos de sol fotocromáticas, que escurecem quando expostas aos raios ultravioleta. Em vez disso, o gel funciona como uma porta sensível à temperatura para um determinado comprimento de onda de luz.

Seu gel começa como um fluido transparente feito de água e solventes líquidos com nanopartículas de sílica adicionadas. Se essa mistura for aquecida a uma certa temperatura, os líquidos e as nanopartículas formarão um gel físico que inicialmente permanece transparente, mas agora possui uma estrutura interna diferente. Em vez de um fluido sem forma, os líquidos formam canais microscópicos interligados, com as nanopartículas confinadas dentro de um deles.

À medida que é aquecido através de uma faixa específica de temperaturas mais altas, o efeito recém-descoberto aparece:o gel fica opaco para todas as cores, exceto para cores individuais, primeiro permitindo que comprimentos de onda mais curtos e azuis passem, depois progressivamente mais longos e mais vermelhos. Eventualmente, uma vez que essa faixa de temperatura é excedida, o gel torna-se opaco a toda luz visível.

Experimentos de espalhamento de nêutrons realizados no NCNR explicam esse comportamento incomum. A mudança de temperatura provoca uma troca de moléculas de líquido entre os canais microscópicos, alterando o índice de refração geral desses canais. Um comprimento de onda da luz passa, mas outras cores se espalham.

O comportamento é um exemplo do efeito Christiansen, que foi identificado em 1884. Filtros que dependem do efeito Christiansen existem, mas os pesquisadores indicam que seu novo gel oferece vantagens distintas para a indústria:não só o gel é mais sensível às mudanças de temperatura , mas a faixa de temperatura potencial na qual opera é mais ampla, pois pode ser personalizada para qualquer lugar entre 15 e 100 graus Celsius. Ele pode ser ajustado para cobrir uma ampla gama de comprimentos de onda, potencialmente do ultravioleta (de um pouco menos de 400 nanômetros) ao infravermelho próximo (até 2.500 nanômetros). E permite a passagem de mais luz do que os filtros cristãos típicos.

Como o gel - independentemente das personalizações - é feito de materiais baratos e prontamente disponíveis, oferece vantagens para a indústria, disse Yuyin Xi, membro da equipe da Universidade de Delaware.

"A abordagem é versátil com grande capacidade de ajuste e o processo de fabricação pode ser facilmente ampliado", disse ele. "É um candidato promissor para uso em uma variedade de dispositivos ópticos inteligentes e novas classes de materiais que possuem aplicações de cores." + Explorar mais