Hoogfrequente terahertz-golven hebben een groot potentieel voor een aantal toepassingen, waaronder medische beeldvorming en communicatie van de volgende generatie. Onderzoekers van de Universiteit van Linköping, Zweden, hebben in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science aangetoond , dat de transmissie van terahertz-licht door een aerogel gemaakt van cellulose en een geleidend polymeer kan worden afgestemd. Dit is een belangrijke stap om meer toepassingen voor terahertz-golven te ontgrendelen.

Het terahertz-bereik omvat golflengten die tussen microgolven en infrarood licht in het elektromagnetische spectrum liggen. Het heeft een zeer hoge frequentie. Dankzij dit zijn veel onderzoekers van mening dat het terahertz-bereik een groot potentieel heeft voor gebruik bij onder meer ruimteverkenning, beveiligingstechnologie en communicatiesystemen.

Bij medische beeldvorming kan het ook een interessant alternatief zijn voor röntgenonderzoek, omdat de golven door de meeste niet-geleidende materialen kunnen gaan zonder enig weefsel te beschadigen.

Er moeten echter verschillende technologische barrières worden overwonnen voordat terahertz-signalen op grote schaal kunnen worden gebruikt. Het is bijvoorbeeld moeilijk om terahertzstraling op een efficiënte manier te creëren en er zijn materialen nodig die terahertzgolven kunnen ontvangen en de transmissie ervan kunnen aanpassen.

Onderzoekers van de Universiteit van Linköping hebben nu een materiaal ontwikkeld waarvan de absorptie van terahertz-signalen kan worden in- en uitgeschakeld via een redoxreactie. Het materiaal is een aerogel, een van de lichtste vaste materialen ter wereld.

“Het is een soort aanpasbaar filter voor terahertz-licht. In de ene toestand wordt het elektromagnetische signaal niet geabsorbeerd, in de andere toestand wel. Die eigenschap kan nuttig zijn voor langeafstandssignalen uit de ruimte of radarsignalen”, zegt Shangzhi Chen. postdoc bij het Laboratorium voor Organische Elektronica, LOE, aan de Universiteit van Linköping.

De Linköping-onderzoekers gebruikten een geleidend polymeer, PEDOT:PSS, en cellulose om hun aerogel te maken. Ze hebben de aerogel ook ontworpen met buitentoepassingen in gedachten. Het is zowel waterafstotend (hydrofoob) als op natuurlijke wijze ontdooid door verwarming door zonlicht.

Geleidende polymeren hebben veel voordelen ten opzichte van andere materialen die worden gebruikt om afstembare materialen te maken. Ze zijn onder andere biocompatibel, duurzaam en hebben een groot aanpassingsvermogen. De afstembaarheid komt voort uit het vermogen om de ladingsdichtheid in het materiaal te veranderen. De grote voordelen van cellulose zijn de relatief lage productiekosten in vergelijking met andere vergelijkbare materialen en dat het een hernieuwbaar materiaal is dat essentieel is voor duurzame toepassingen.

"De transmissie van terahertz-golven in een breed frequentiebereik zou kunnen worden geregeld tussen ongeveer 13% en 91%, wat een zeer groot modulatiebereik is", zegt Chaoyang Kuang, postdoc bij LOE.

Meer informatie: Chaoyang Kuang et al., Schakelbare breedband-terahertz-absorbers op basis van geleidende polymeer-cellulose-aerogels, Geavanceerde wetenschap (2023). DOI:10.1002/advs.202305898

Journaalinformatie: Geavanceerde wetenschap

Aangeboden door Linköping Universiteit