um novo material produzido por juejun hu e sua equipe pode ser repetidamente esticado sem perder suas propriedades ópticas. crédito: instituto massachusetts de tecnologia

Os pesquisadores da Mit e várias outras instituições desenvolveram um método para a fabricação de dispositivos fotônicos - semelhantes aos dispositivos eletrônicos, mas baseados em luz e não elétrica - que podem dobrar e esticar sem danos. os dispositivos poderiam encontrar usos em cabos para conectar dispositivos de computação, ou em sistemas de diagnóstico e monitoramento que poderiam ser anexados à pele ou implantados no corpo, flexionando facilmente com o tecido natural.

As descobertas, que envolvem o uso de um tipo especial de vidro chamado chalcogeneto, são descritas em dois artigos pelo professor associado juejun hu e mais de uma dúzia de outros na mit, na universidade da florida central e nas universidades da China e da França. O artigo está programado para publicação em breve: ciência e aplicações.

hu, quem é o merton c. O professor associado de ciência e engenharia de materiais da Flemings diz que muitas pessoas estão interessadas na possibilidade de tecnologias ópticas que podem se esticar e se dobrar, especialmente para aplicações como dispositivos de monitoração montados na pele que podem detectar diretamente sinais ópticos. tais dispositivos podem, por exemplo, detectar a freqüência cardíaca, níveis de oxigênio no sangue e até pressão arterial.

Os dispositivos fotônicos processam feixes de luz diretamente, usando sistemas de leds, lentes e espelhos fabricados com os mesmos tipos de processos usados ​​para fabricar microchips eletrônicos. O uso de feixes de luz em vez de um fluxo de elétrons pode ter vantagens para muitas aplicações; se os dados originais forem baseados em luz, por exemplo, o processamento óptico evita a necessidade de um processo de conversão.

mas a maioria dos dispositivos fotônicos atuais são fabricados a partir de materiais rígidos em substratos rígidos, diz hu, e, portanto, têm um \"desajuste inerente\" para aplicações que \"devem ser macias como a pele humana\". Mas a maioria dos materiais macios, incluindo a maioria dos polímeros, tem uma baixa refração índice, o que leva a uma má capacidade de confinar um feixe de luz.

Em vez de usar materiais tão flexíveis, hu e sua equipe adotaram uma nova abordagem: eles formaram o material rígido - neste caso, uma camada fina de um tipo de vidro chamado chalcogenídeo - em uma bobina semelhante a uma mola. Assim como o aço pode ser feito para esticar e dobrar quando formada em uma mola, a arquitetura desta bobina de vidro permite que ele se estice e se dobre livremente enquanto mantém suas propriedades ópticas desejáveis.

uma visão da configuração do laboratório que foi usada para testar os novos materiais, demonstrando que eles poderiam ser esticados e flexionados sem perder a capacidade de limitar feixes de luz e realizar o processamento fotônico. crédito: instituto massachusetts de tecnologia

\"Você acaba com algo tão flexível quanto a borracha, que pode dobrar e esticar, e ainda tem um alto índice de refração e é muito transparente\", diz Hu. Os testes mostraram que tais configurações tipo mola, feitas diretamente em um substrato de polímero, podem sofrer milhares de ciclos de alongamento sem degradação detectável no desempenho óptico. a equipe produziu uma variedade de componentes fotônicos, interligados pelas guias de ondas flexíveis e semelhantes a mola, tudo em uma matriz de resina epóxi, que foi tornada mais rígida perto dos componentes ópticos e mais flexível ao redor das guias de onda.

Outros tipos de fotônica estiravel foram feitos por incorporação de nanorods de um material mais rígido em uma base de polímero, mas aqueles que requerem etapas de fabricação adicionais e não são compatíveis com sistemas fotônicos existentes, diz Hu.

tais circuitos fotônicos flexíveis e esticáveis ​​também podem ser úteis para aplicações em que os dispositivos precisam se adequar às superfícies irregulares de algum outro material, como em strain gauges. A tecnologia óptica é muito sensível à tensão, de acordo com hu, e pode detectar deformações de menos de um centésimo de 1 por cento.

Esta pesquisa ainda está em estágios iniciais; A equipe de Hu demonstrou apenas dispositivos únicos por enquanto até agora. \"Para que seja útil, temos que demonstrar todos os componentes integrados em um único dispositivo\", diz ele. O trabalho está em andamento para desenvolver a tecnologia nesse ponto para que possa ser comercialmente aplicado, o que hu diz que pode demorar mais dois a três anos.

em outro artigo publicado na semana passada na fotônica da natureza, hu e seus colaboradores também desenvolveram uma nova maneira de integrar camadas de fotônica, feitas de vidro chalcogenídeo e materiais bidimensionais como o grafeno, com circuitos fotônicos semicondutores convencionais. Os métodos existentes para integrar esses materiais exigem que eles sejam feitos em uma superfície e, em seguida, removidos e transferidos para a bolacha semicondutora, o que adiciona uma complexidade significativa ao processo. Em vez disso, o novo processo permite que as camadas sejam fabricadas diretamente na superfície do semicondutor, à temperatura ambiente, permitindo a fabricação simplificada e alinhamento mais preciso.

o processo também pode fazer uso do material de chalcogênido como uma \"camada de passivação\", para proteger os materiais 2-d da degradação causada pela umidade ambiente e como forma de controlar as características optoelectrônicas dos materiais 2-d. o método é genérico e pode ser alargado a outros materiais emergentes 2-d, além do grafeno, para expandir e acelerar a sua integração com circuitos fotônicos, diz Hu.

fonte: phys

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