Aerogel per le future tecnologie terahertz

Gli aerogel a basso costo, lavorabili in soluzioni acquose, sostenibili e biocompatibili potrebbero trovare impiego nei dispositivi THz intelligenti di prossima generazione

Le tecnologie Terahertz (THz) offrono opportunità che vanno dai target di calibrazione per satelliti e telescopi ai dispositivi di comunicazione e ai sistemi di imaging biomedico, tra cui l’imaging e la comunicazione medica di prossima generazione. Un componente principale saranno gli assorbitori THz a banda larga con commutabilità. Tuttavia, i materiali otticamente commutabili in THz sono scarsi e la loro modulazione è disponibile per lo più a larghezze di banda strette. Realizzare materiali con modulazione a banda larga e ampia nell'assorbimento o nella trasmissione costituisce una sfida critica.

I ricercatori della Linköping University, in Svezia, hanno dimostrato, in uno studio pubblicato sulla rivista Advanced Science (1), che la trasmissione della luce terahertz attraverso un aerogel fatto di cellulosa e un polimero conduttore può essere regolata. Questo è un passo importante per sbloccare più applicazioni per le onde terahertz.

La gamma dei terahertz copre le lunghezze d'onda che si trovano tra le microonde e la luce infrarossa nello spettro elettromagnetico. Ha una frequenza molto alta. Grazie a ciò, molti ricercatori ritengono che la gamma dei terahertz abbia un grande potenziale per l'uso, tra l'altro, nell'esplorazione spaziale, nella tecnologia di sicurezza e nei sistemi di comunicazione. Nell'imaging medico, può anche essere un interessante sostituto degli esami a raggi X poiché le onde possono attraversare la maggior parte dei materiali non conduttivi senza danneggiare alcun tessuto.

Tuttavia, ci sono diverse barriere tecnologiche da superare prima che i segnali terahertz possano essere ampiamente utilizzati. Ad esempio, è difficile creare radiazioni terahertz in modo efficiente e sono necessari materiali in grado di ricevere e regolare la trasmissione delle onde terahertz.

I ricercatori della Linköping University hanno ora sviluppato un materiale il cui assorbimento dei segnali terahertz può essere attivato e disattivato attraverso una reazione 'redox'. Il materiale è un aerogel, uno dei materiali solidi più leggeri al mondo.

«È come un filtro regolabile per la luce terahertz. In uno stato, il segnale elettromagnetico non verrà assorbito, nell'altro sì. Questa proprietà può essere utile per segnali a lungo raggio provenienti dallo spazio o segnali radar», afferma il dottor Shangzhi Chen (2), postdoc presso il Laboratorio di elettronica organica, LOE, presso la Linköping University.

I ricercatori di Linköping hanno utilizzato un polimero conduttore, PEDOT:PSS, e cellulosa per creare il loro aerogel. Hanno anche progettato l’aerogel pensando alle applicazioni esterne. È idrorepellente (idrofobico) e può essere scongelato naturalmente tramite riscaldamento mediante luce solare.

I polimeri conduttori presentano molti vantaggi rispetto ad altri materiali utilizzati per creare materiali sintonizzabili. Tra le altre cose, sono biocompatibili, durevoli e hanno una grande capacità di essere sintonizzati. La sintonizzabilità deriva dalla capacità di modificare la densità di carica nel materiale. I grandi vantaggi della cellulosa sono il costo di produzione relativamente basso rispetto ad altri materiali simili e il fatto che si tratta di un materiale rinnovabile, fondamentale per applicazioni sostenibili.

«La trasmissione delle onde terahertz in un'ampia gamma di frequenze potrebbe essere regolata tra il 13% e il 91% circa, che è una gamma di modulazione molto ampia», afferma il dottor Chaoyang Kuang (3), postdoc presso LOE.

Riferimenti:

(1) Switchable Broadband Terahertz Absorbers Based on Conducting Polymer-Cellulose Aerogels

(2) Shangzhi Chen

(3) Chaoyang Kuang

Descrizione foto: L'aerogel può ottenere un'elevata idrofobicità mediante semplici modifiche chimiche. - Credit: Thor Balkhed.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Aerogel can become the key to future terahertz technologies