Vijf jaar geleden, toen materiaalwetenschapper Jeffrey Pyun van de Universiteit van Arizona zijn eerste generatie oranje getinte plastic lens presenteerde aan optische wetenschapper Robert Norwood, hij heeft geantwoord, "Dit zijn niet de jaren '60. Niemand wil een oranje bril, Mens."

In de jaren daarna, een team onder leiding van Puyn heeft het materiaal verfijnd en de volgende generatie lenzen gecreëerd. de kunststof, een op zwavel gebaseerd polymeer gesmeed uit afval dat wordt gegenereerd door de raffinage van fossiele brandstoffen, is ongelooflijk handig voor lenzen, raam en andere apparaten die infraroodlicht vereisen, of IR, waardoor warmte zichtbaar wordt.

"IR-beeldvormingstechnologie wordt al op grote schaal gebruikt voor militaire toepassingen zoals nachtzicht en hittezoekende raketten, " zei Pyun, een professor in de afdeling Scheikunde en Biochemie die het laboratorium leidt dat het polymeer heeft ontwikkeld. "Maar voor consumenten en de transportsector kosten beperken de productie van grote hoeveelheden van deze technologie."

Het nieuwe lensmateriaal kan IR-camera's en sensorapparaten toegankelijker maken voor consumenten, volgens Norwood, een professor aan het James C. Wyant College of Optical Sciences. Mogelijke toepassingen voor consumenten zijn onder meer zuinige autonome voertuigen en thermische beeldvorming in huis voor beveiliging of brandbeveiliging.

De nieuwe polymeren zijn sterker en temperatuurbestendiger dan het zwavelplastic van de eerste generatie dat in 2014 werd ontwikkeld en dat transparant was voor mid-IR-golflengten. De nieuwe lenzen zijn transparant voor een breder spectraal venster, zich uitstrekkend tot in de lange golf IR, en zijn veel goedkoper dan de huidige industriestandaard van op metaal gebaseerde lenzen gemaakt van germanium, een dure, zwaar, zeldzaam en giftig materiaal.

Vanwege de vele nadelen van germanium, Tristan Kleine, een afgestudeerde student in het lab van Puyn en eerste auteur van het papier, identificeerde een op zwavel gebaseerde kunststof als een aantrekkelijk alternatief. Echter, het maken van IR-transparante kunststoffen is een lastige zaak.

De componenten die aanleiding geven tot nuttige optische eigenschappen, zoals zwavel-zwavelbindingen, brengen ook de sterkte en temperatuurbestendigheid van het materiaal in gevaar. Bovendien, de opname van extra organische moleculen om het materiaal sterkte te geven resulteerde in verminderde transparantie, aangezien bijna alle organische moleculen IR-licht absorberen, zei Kleine.

Om de uitdaging te overwinnen, Kleine - in samenwerking met afgestudeerde scheikundestudent Meghan Talbot en hoogleraar scheikunde en biochemie Dennis Lichtenberger - gebruikte computationele simulaties om organische moleculen te ontwerpen die niet IR-absorberend waren en voorspelde transparantie van kandidaatmaterialen.

"Het had jaren kunnen duren om deze materialen in het laboratorium te testen, maar we waren in staat om het ontwerp van nieuwe materialen aanzienlijk te versnellen met deze methode, ' zei Kleine.

Germanium vereist temperaturen hoger dan 1, 700 graden Fahrenheit om te smelten en te vormen, maar vanwege zijn chemische samenstelling, de zwavelpolymeerlenzen kunnen bij een veel lagere temperatuur worden gevormd.

"Een groot voordeel van deze nieuwe op zwavel gebaseerde kunststoffen is het vermogen om deze materialen gemakkelijk bij veel lagere temperaturen dan germanium te verwerken tot bruikbare optische elementen voor camera's of sensoren, met behoud van goede thermomechanische eigenschappen om barsten of krassen te voorkomen, "zei Pyun. "Dit nieuwe materiaal heeft zojuist zoveel vakjes gecontroleerd dat we niet eerder konden."

"De betrouwbaarheid is in wezen gelijk aan optische polymeren die routinematig worden gebruikt voor brillen, ' voegde Norwood eraan toe.

Het team werkt samen met Tech Launch Arizona om het onderzoek te vertalen naar een levensvatbare technologie.

"Mensen lichten op als een kerstboom in IR, ' zei Pyun. 'Dus, als we denken aan het internet der dingen en mens-machine-interfaces, het gebruik van IR-sensoren wordt een heel belangrijke manier om menselijk gedrag en activiteit te detecteren."

Onderzoekers van de Universiteit van Delaware en de Nationale Universiteit van Seoul hebben ook bijgedragen aan het artikel, die vandaag in het tijdschrift werd gepubliceerd Angewandte Chemie .