Soldaten moeten vaak door rook heen kijken, mist, stof of enig ander verduisterend middel in de lucht en detecteren de aanwezigheid van gifstoffen of andere chemicaliën in het veld of in de frontlinie. Om die chemicaliën te identificeren, ze gebruiken infrarood (IR) sensoren en spectroscopie, die een specifieke kleur licht laten schijnen met een bepaalde frequentie die overeenkomt met elke chemische stof. Om elke chemische stof te identificeren, moet een soldaat de bril voorzien van een uniek filter, waardoor de chemische handtekening op een specifieke frequentie doorkomt (d.w.z. een bepaalde kleur).

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois, echter, hebben met succes een afstembaar infraroodfilter ontwikkeld dat is gemaakt van grafeen, waarmee een soldaat de frequentie van een filter kan veranderen door eenvoudigweg gecontroleerde mechanische vervorming van het filter (d.w.z. grafeen origami), en niet door de stof te vervangen op de bril die wordt gebruikt om een ​​bepaald kleurenspectrum te filteren.

Het onderzoek wordt gefinancierd door het Air Force Office of Scientific Research, die geïnteresseerd is in sensoren die niet alleen gevoelig zijn voor verschillende IR-golflengten, maar ook mechanisch regelbaar en afstembaar. De resultaten zijn gepubliceerd in een paper getiteld "Mechanically Reconfigurable Architectured Graphene for Tunable Plasmonic Resonances" in Licht:wetenschap en toepassingen .

Deze applicatie is een andere in een reeks ontdekkingen van "wondermateriaal" grafeen door SungWoo Nam, een assistent-professor mechanische wetenschappen en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.

"Typisch als je grafeen op een substraat plaatst, het is extreem transparant en absorbeert slechts ongeveer drie procent van het licht, ' merkte Nam op. 'Onder bepaalde hoeken, je kan het zien. We gebruiken deze veelzijdigheid om andere structuren zoals flexibele en transparante sensoren van grafeen te maken."

Omdat het één atoom dun is, grafeen wordt normaal gesproken gebruikt terwijl het plat is. Nam's onderzoeksteam stelde een vraag:wat zou er gebeuren als via origami (papier-vouwkunst), heb je het grafeen gekreukt? Kun je de eigenschappen van grafeen veranderen door de topografie te veranderen?

Volgens Nam, wetenschappers hebben dit idee nog niet eerder geprobeerd met andere conventionele materialen omdat ze broos zijn en niet kunnen worden gebogen zonder te breken. Het unieke aan grafeen is dat het niet alleen dun, maar het is veerkrachtig, wat betekent dat het niet gemakkelijk breekt als het wordt gebogen.

"Laten we zeggen dat we grafeenrimpels creëren door mechanische vervorming, " zei Nam. "Als je een bepaalde dimensie krijgt, gaan er veranderingen optreden in de manier waarop het licht door het grafeen wordt geabsorbeerd? We wilden de afmetingen van het gerimpelde grafeen koppelen aan zijn optische absorptie."

Nam's team ontdekte dat inderdaad, gerimpeld grafeen absorbeert licht verschillend afhankelijk van de structuur en afmetingen door plasmonische resonanties, waardoor er verschillende kleuren ontstaan. In aanvulling, in tegenstelling tot papier, die niet gemakkelijk kan worden platgedrukt na vouwen of verfrommelen, grafeen kan opnieuw worden uitgerekt om weer plat en kreukvrij te worden. Niet alleen dat, maar de hoeveelheid lichtabsorptie kan met een factor van ongeveer 10 worden gewijzigd.

"Door de vorm te veranderen, je kunt het licht van een andere frequentie absorberen door de plasmonische resonantiecondities te beheersen, "Pilgyu Kang, de eerste auteur van het artikel en nu een assistent-professor aan de afdeling Mechanical Engineering aan de George Mason University, verklaarde. "En door mechanisch de hoogte en golflengte van de grafeenrimpels te regelen, Ik kan verschillende oppervlakteplasmonen opwekken en zo verschillende frequenties absorberen. Aan het einde van de dag, je krijgt een afstembaar filter."

Door grafeen te kiezen als filter voor infraroodbrillen, de gebruiker kan aan een knop draaien om het grafeen mechanisch uit te rekken en te comprimeren. Dat zorgt voor een verandering van de lichtgolflengte die wordt geabsorbeerd. Dus als een voorbeeld van de toepassing ervan, een soldaat kan het grafeenfilter dus gemakkelijk afstemmen op een gewenste golflengte die past bij het type chemische stof waarnaar hij/zij op zoek is.

"In een conventioneel filter, als je eenmaal het filter hebt gemaakt, je bent klaar, ' concludeerde Nam. 'Ongeacht de grootte, er is één unieke lichtgolflengte. Met grafeen, afhankelijk van hoeveel je uitrekt en loslaat, je kunt communiceren in verschillende lichtgolflengten."