Der Terahertz-Bereich umfasst Wellenlängen, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht liegen. Er hat eine sehr hohe Frequenz. Viele Forscher glauben daher, dass der Terahertz-Bereich ein großes Potenzial für den Einsatz unter anderem in der Weltraumforschung, der Sicherheitstechnik und in Kommunikationssystemen hat.
In der medizinischen Bildgebung kann er auch ein interessanter Ersatz für Röntgenuntersuchungen sein, da die Wellen die meisten nichtleitenden Materialien durchdringen können, ohne Gewebe zu beschädigen.
Bevor Terahertz-Signale in großem Umfang genutzt werden können, sind jedoch noch einige technologische Hindernisse zu überwinden. So ist es beispielsweise schwierig, Terahertz-Strahlung auf effiziente Weise zu erzeugen, und es werden Materialien benötigt, die Terahertz-Wellen empfangen und deren Übertragung anpassen können.
Einstellbarer Filter
Forscher der Universität Linköping haben jetzt ein Material entwickelt, dessen Absorption von Terahertz-Signalen durch eine Redox-Reaktion ein- und ausgeschaltet werden kann. Bei dem Material handelt es sich um ein Aerogel, das eines der leichtesten festen Materialien der Welt ist.
„Es ist wie ein einstellbarer Filter für Terahertz-Licht. In einem Zustand wird das elektromagnetische Signal nicht absorbiert, im anderen Zustand schon. Diese Eigenschaft kann für Langstreckensignale aus dem Weltraum oder Radarsignale nützlich sein“, sagt Shangzhi Chen, Postdoc am Laboratory of Organic Electronics, LOE, an der Universität Linköping.
Die Linköping-Forscher verwendeten ein leitendes Polymer, PEDOT:PSS, und Zellulose, um ihr Aerogel herzustellen. Bei der Entwicklung des Aerogels haben sie auch an Anwendungen im Freien gedacht. Es ist wasserabweisend (hydrophob) und kann durch Erwärmung durch Sonnenlicht auf natürliche Weise aufgetaut werden.
Großer Modulationsbereich
Leitende Polymere haben viele Vorteile gegenüber anderen Materialien, die zur Herstellung von abstimmbaren Materialien verwendet werden. Unter anderem sind sie biokompatibel, langlebig und lassen sich sehr gut abstimmen. Die Abstimmbarkeit ergibt sich aus der Möglichkeit, die Ladungsdichte im Material zu verändern.
Die großen Vorteile von Zellulose sind die relativ niedrigen Produktionskosten im Vergleich zu anderen ähnlichen Materialien und die Tatsache, dass es sich um ein erneuerbares Material handelt, was für nachhaltige Anwendungen entscheidend ist.
„Die Übertragung von Terahertz-Wellen in einem breiten Frequenzbereich könnte zwischen 13 Prozent und 91 Prozent geregelt werden, was ein sehr großer Modulationsbereich ist“, sagt Chaoyang Kuang, Postdoc am LOE.
Die Studie wurde unter anderem vom schwedischen Forschungsrat, der Stiftung für strategische Forschung, der Stiftung für die Internationalisierung von Hochschulbildung und Forschung, der Knut und Alice Wallenberg Stiftung, dem Wallenberg Wood Science Centre und durch die strategische Initiative der schwedischen Regierung für neue Funktionsmaterialien, AFM, an der Universität Linköping finanziert.
Dieser Artikel wurde mit Deepl aus dem Englischen übersetzt.
