Фотонні кристали можуть служити детекторами для визначення вибухової хвилі

Згідно з останніми дослідженнями американських вчених, фотонні кристали, що складаються з упорядкованих масивів пір і стовпців, завдяки здатності змінювати колір при механічному пошкодженні, можуть служити детекторами для визначення вибухової хвилі.

Вибухова хвиля, що викликає пошкодження головного мозку, була однією з досить поширених причин травм солдатів в Афганістані та Іраку. Однак вченим досі відомо не так багато про те, якою потужністю повинна володіти вибухова хвиля, щоб викликати травму. Наприклад, люди, що зазнали впливу згубної надзвуковий вибухової хвилі, можуть виглядати нормально, не маючи ніяких видимих пошкоджень. Повторна травма в цьому випадку може мати досить тривалий ефект.

Для вирішення цієї проблеми вже довгий час вчені намагаються розробити новий тип сенсора, який би вимірював перевантаження, генеровану вибухом. Однак більшість доступних на сьогоднішній день розробок вимагають для роботи зовнішнього джерела енергії, крім того, вони досить дорогі у виробництві. У той же час ідеальним було б пристрій, що не вимагає зовнішнього живлення, яке можна було б прикріпити на одяг і легко визначати, чи піддаються солдати в даний момент шкідливому впливу чи ні, наприклад, за допомогою колірного індикатора, який повідомляє, що рівень коливань середовища досяг того рівня, що може викликати ушкодження. Схоже, своє ефективне рішення запропонували вчені з США.

Рис. 1. Схематичне зображення поставленого експерименту.

Тривимірні фотонні кристали являють собою мікроскопічні структури з оптично-прозорого матеріалу, з періодичним зміною показника заломлення, період якого можна порівняти з довжиною хвилі цікавить діапазону випромінювання. Світлові хвилі відбиваються від такої діелектричної решітки, інтерферируются між собою, що веде до виникнення так званих фотонних заборонених зон спектра (світло певної довжини хвилі повністю відбивається від поверхні). Фотонні кристали викликають інтерес науковців у зв’язку з цілою низкою можливих практичних застосувань, починаючи з ультра-широкосмугових інтегрованих оптичних комунікацій і закінчуючи лазерами і датчиками. При цьому розроблено цілий комплекс методів по виробництву фотонних кристалів.

В рамках своєї роботи вчені з University of Pennsylvania (США) створювали фотонні кристали за допомогою багатопроменевої інтерференційної літографії з комерційно доступного хімічно активного фоторезисту SU-8, який залишається термічно і механічно стабільним до 300 градусів за шкалою Цельсія.

Створені кристалічні плівки відбивають світло певної довжини хвилі (певного кольору) за рахунок дифракції, в залежності від поверхневої структури (що характеризується періодичністю, симетрією та індексом відображення границі кристала і повітря) і кута зору. Таким чином, колір, який ми спостерігаємо, дивлячись на подібні матеріали з мікроструктурою, називається структурним. Зазвичай така забарвлення виявляється яскравіше, ніж пігментація за рахунок адсорбції на поверхні певних хімічних речовин. Тому зміна кольору фотонного кристала при певних умовах може бути видна неозброєним оком.

Експерименти показали, що коли вибухова хвиля руйнує мікроструктуру фотонного кристала, його колір частково або повністю зникає. Таким чином, представлений фотонний кристал з фоторезисту SU-8 є ідеальним детектором потенційно небезпечної вибухової хвилі.

На сьогоднішній день вчені запропонували методику створення пластинок фотонного кристала площею кілька квадратних міліметрів. У найближчому майбутньому вони планують розширяти свою розробку на великі площі (кілька квадратних сантиметрів) для використання в звичайному житті. Проте для розробки теоретичної моделі зміни кольору як функції властивостей матеріалу, потрібно виконати ще багато роботи.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *