La clave inesperada para las futuras tecnologías de terahercios: el aerogel

La clave inesperada para las futuras tecnologías de terahercios: el aerogel

Mezcla de PEDOTPSS y materias primas de celulosa.

Los aerogeles se fabrican utilizando soluciones acuosas y no requieren procedimientos de fabricación complejos, lo que resulta muy prometedor para una producción sostenible a gran escala y de bajo costo. Crédito: Thor Balkhed

Investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia han logrado avances significativos en la tecnología de ondas de terahercios, como se informa en un estudio publicado en la revista ciencia avanzada. Demostraron que la transmisión de luz de terahercios se puede ajustar cuando pasa a través de un aerogel compuesto de celulosa y un polímero conductor. Este desarrollo es muy prometedor para mejorar las aplicaciones en áreas como la comunicación y la imagen médica avanzada, destacando el considerable potencial de las ondas de terahercios de alta frecuencia.

El rango de terahercios cubre las longitudes de onda entre las microondas y la luz infrarroja en el espectro electromagnético. Su frecuencia es muy alta. Gracias a esto, muchos investigadores creen que el rango de terahercios tiene un gran potencial para su uso, entre otras cosas, en la exploración espacial, tecnologías de seguridad y sistemas de comunicación. En el ámbito de la imagen médica, también puede constituir un interesante sustituto de los exámenes de rayos X, ya que las ondas pueden atravesar la mayoría de los materiales no conductores sin dañar ningún tejido.

Tecnología de aerogel de terahercios

El aerogel puede lograr una alta hidrofobicidad mediante simples modificaciones químicas. Crédito: Thor Balkhed

Sin embargo, existen varios obstáculos tecnológicos que superar antes de que las señales de terahercios puedan utilizarse ampliamente. Por ejemplo, es difícil crear radiación de terahercios de manera eficiente y se necesitan materiales capaces de recibir y ajustar la transmisión de ondas de terahercios.

Avance en la modulación de ondas de terahercios

Investigadores de la Universidad de Linköping han desarrollado un material cuya absorción de señales de terahercios puede activarse y desactivarse mediante una reacción redox. El material es un aerogel, uno de los materiales sólidos más ligeros del mundo.

“Es como un filtro ajustable para la luz de terahercios. En un estado, la señal electromagnética no será absorbida y en el otro estado, sí. Esta propiedad puede resultar útil para señales de largo alcance procedentes del espacio o señales de radar”, explica Shangzhi Chen, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Electrónica Orgánica (LOE) de la Universidad de Linköping.

Qilun Zhang y Chaoyang Kuang

Qilun Zhang y Chaoyang Kuang, investigadores del Laboratorio de Electrónica Orgánica. Crédito: Thor Balkhed

Los investigadores de Linköping utilizaron un polímero conductor, PEDOT:PSS, y celulosa para crear su aerogel. También diseñaron el aerogel pensando en aplicaciones al aire libre. Es repelente al agua (hidrófobo) y se puede descongelar de forma natural calentándolo al sol.

Los polímeros conductores tienen muchas ventajas sobre otros materiales utilizados para crear materiales sintonizables. Entre otras cosas, son biocompatibles, duraderos y tienen una alta adaptabilidad. La sintonizabilidad proviene de la capacidad de cambiar la densidad de carga en el material. Las grandes ventajas de la celulosa son su coste de producción relativamente bajo en comparación con otros materiales similares y el hecho de que es un material renovable esencial para aplicaciones sostenibles.

“La transmisión de ondas de terahercios en un amplio rango de frecuencia podría regularse entre aproximadamente el 13% y el 91%, lo que representa un rango de modulación muy amplio”, explica Chaoyang Kuang, investigador postdoctoral en LOE.

Referencia: “Absorbedores de terahercios de banda ancha conmutables basados ​​en aerogeles conductores de polímero-celulosa” por Chaoyang Kuang, Shangzhi Chen, Min Luo, Qilun Zhang, Xiao Sun, Shaobo Han, Qingqing Wang, Vallery Stanishev, Vanya Darakchieva, Reverant Crispin, Mats Fahlman, Dan Zhao, Qiye Wen y Magnus P. Jonsson, 23 de noviembre de 2023. ciencia avanzada.
DOI: 10.1002/advs.202305898

Financiación: Consejo Sueco de Investigación, Fundación para la Investigación Estratégica, Fundación para la Internacionalización de la Educación Superior y la Investigación, Fundación Knut y Alice Wallenberg, Centro de Ciencias de la Madera Wallenberg, iniciativa estratégica del gobierno sueco en el campo de nuevos materiales funcionales, AFM, en Linköping Universidad.

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