Õhuke, painduv, valgust neelav materjal aitab majades ja autodes temperatuuri hoida
Läbipaistvad aknakattekiled, mis hoiavad hooneid ja sõidukeid päikeselistel päevadel jahedana; seadmed, mis päikeseelementide jõudlust rohkem kui kolmekordistaksid; õhukesed ja kerged kilbid soojuspõhise tuvastamise takistamiseks — need on vaid mõned potentsiaalsetest kasutusaladest õhukesele, painduvale, valgust neelavale materjalile, mille hiljuti töötasid välja California San Diego ülikooli insenerid.
Uus materjal, mida nimetatakse „peaaegu täiuslikuks lairiba-kiirgusneelajaks“ (ingl near-perfect broadband absorber), neelab rohkem kui 87 protsenti 1200–2200 nanomeetrise lainepikkusega infrapunalähi-kiirgusest, mida kasutatakse kiudkaabelsides. Materjal neelab valgust iga nurga alt ning teoreetiliselt peaks olema võimalik seda kohaldada neelama valguse spetsiifilisi lainepikkusvahemikke, samas muid sagedusi läbi lastes.
Uudse nanoosakeste-põhise lähenemise toel õnnestus töörühmal, mida juhtisid professorid Zhaowei Liu ja Donald Sirbuly California San Diego ülikooli tehnikateaduskonnast, luua lairiba-kiirgusneelaja, mis on õhuke, paindlik ja peenhäälestatav.
Kiirgust neelav uudismaterjal toimib tänu optilistele nähtustele, mida nimetatakse pinnaplasmonite resonantsideks (ingl surface plasmon resonances) ja mida valguse teatud lainepikkuste toimel tekitavad vabad elektronid metalli nanoosakeste pinnal.
California San Diego ülikooli insenerid eeldasid, et kui neil õnnestub muuta vabade elektronide kandjate arvu, saavad nad materjali pinnaplasmonid panna võnkuma valguse eri lainepikkustel. „Kui me seda arvu vähendame, surume plasmoni-resonantsid ultraviolettkiirguse vahemikku,“ selgitas Sirbuly. Taolise lähenemise miinuseks oli aga tõsiasi, et metallide juures on seda väga keeruline saavutada.
Probleemi lahendamiseks kavandasid ja konstrueerisid insenerid kiirgusneelaja sellistest materjalidest, mida oli võimalik modifitseerida kandma eri koguseid vabu elektrone — nimelt pooljuhtidest. Uurijad kombineerisid tsinkoksiidist pooljuhi, mille pinnal on vabade elektronide hulk mõõdukas, sama aine metallilise versiooniga — vabade elektronide küllase alumiiniummodifitseeritud tsinoksiidiga (ingl AZO, aluminum-doped zinc oxide). Tulemuseks polnud küll päris metall, kuid midagi piisavalt metallilist, et plasmoonilised omadused infrapunakiirguses avalduksid.
Materjalid kombineeriti ja struktureeriti väga spetsiifilisel moel nanofabrikatsiooni-tehnikate toel, mida pakub California San Diego ülikooli juures tegutseva Qualcommi instituudi eriotstarbeline puhaskamber (ingl cleanroom) Nano3. Eri koostismaterjalid kanti ükshaaval aatomkihtidena ränisubstraadile. Nii kujundati vaheldumisi kontsentrilistes tsinkokisiidi- ja alumiiniummodifitseeritud tsinkoksiidi ringides paiknevate seisvate nanotorude maatriks. Tulemuseks oli õhuke, painduv ja nähtavas valguses läbipaistev kile.
