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基于離子液體開(kāi)發(fā)的仿生巨型折射率梯度透鏡

2025-01-21 10:44:28 sh默尼 5

高折射率(HRI)聚合物被廣泛用于物理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、微透鏡、增透膜、波導(dǎo)、集成光子環(huán)膜和太陽(yáng)能電池等光學(xué)領(lǐng)域。然而，大多數(shù)聚合物的折射率(n)在1.3 - 1.7范圍內(nèi)，難以滿足高性能光學(xué)設(shè)備需求（大多數(shù)光學(xué)器件需要n > 2.0的材料才能實(shí)現(xiàn)高性能運(yùn)行和小型化）。為了實(shí)現(xiàn)HRI，設(shè)計(jì)聚合物時(shí)往往加入摩爾折射大、摩爾體積低的元素（例如：S、Se、CI、Br、I）。雖然可以提高聚合物的折射率，但是這種方法不僅可能導(dǎo)致聚合物有毒，還可能會(huì)使聚合物著色。


通過(guò)形成梯度折射率(GRIN)也可達(dá)到增加折射率相同的光學(xué)效果。動(dòng)物眼睛的折射率相對(duì)較小，范圍為1.33-1.52，但是它們提供了驚人的圖像質(zhì)量。動(dòng)物眼睛擁有晶狀體表面的折射和由折射率梯度引起的晶狀體側(cè)面的折射這兩種獨(dú)特性質(zhì)，導(dǎo)致焦距能力增強(qiáng)、鏡頭透明度和鏡頭深度增加。這一想法能在微波頻率下工作的超材料中成功實(shí)現(xiàn)。但是，可用的GRIN在可見(jiàn)和近紅外光譜區(qū)間中非常有限。

為了模擬自然GRIN鏡片，已存在了幾種解決方案。最常見(jiàn)的策略之一是多層共擠（具有不同折射率的聚合物納米層的連續(xù)沉積）、另一種策略是獲得具有液晶(LC)液滴的聚合物基質(zhì)。最近，3D打印晶格狀聚合物層聚合物基體中存在孔隙或3D打印過(guò)程中通過(guò)聲波形成氣泡，在鏡片中實(shí)現(xiàn)了GRIN效果。但這些方法所需技術(shù)不僅精細(xì)而且復(fù)雜。

基于此，來(lái)自ITMO大學(xué)的Sofia M. Morozova、Alexandr V. Vinogradov和阿聯(lián)酋迪拜XPANCEO互聯(lián)網(wǎng)城新興技術(shù)研究中心的Valentyn S. Volkov研究團(tuán)隊(duì)基于聚（離子液體）(PILs)開(kāi)發(fā)了具有高GRIN值的薄膜和透鏡。與非離子聚合物相比，PIL的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是能夠通過(guò)改變離子對(duì)的性質(zhì)來(lái)編程它們的正確連接。光學(xué)特性很大程度上取決于離子的性質(zhì)，當(dāng)反離子從大變小時(shí)，聚合物的結(jié)晶度可以從無(wú)定形變?yōu)楦叨冉Y(jié)晶。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adom.202402488

原文作者：

Tatiana G. Statsenko, Georgy A. Ermolaev, Dmitry Gets, Denis S. Kolchanov, Ivan Yu Chernyshev, Alexander V. Polezhaev, Igor E. Eliseev, Victor Ukleev, Jochen Stahn, Alexey S. Taradin, Aleksey V. Arsenin, Sergey V. Makarov, Alexandr V. Vinogradov, Sofia M. Morozova, and Valentyn S. Volkov

DOI:10.1002/adom.202402488


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