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美国亚利桑那大学科学家研发低成本含硫塑料透镜

据外媒报道,5年前,美国亚利桑那大学(University of Arizona)材料科学家Jeffrey Pyun向光学科学家Robert Norwood展示了其研发的第一代橙色塑料透镜。Robert Norwood回复表示:“没人会想要橙色的透镜。”自此之后,Pyun领导了一支团队,改进材料,创造了新一代透镜。此种塑料是一种含硫聚合物,由提炼化石燃料产生的废物锻造而成,特别适合用于透镜、窗户和其他需要传输红外线(IR)的设备。


Pyun是化学和生物化学系教授,领导实验室研发了此种聚合物。他表示:“红外成像技术已经广泛应用于军事,如夜视和热寻导弹。但是对于消费品和运输领域而言,此种技术成本过高,限制了批量生产。”


Pyun领导的科研团队(图片来自亚利桑那大学)


据Norwood教授所说,应用于透镜的新材料可让IR摄像头和传感器设备的价格更低,方便消费者使用。潜在的消费应用包括经济型自动驾驶汽车以及用于安全或防火的家庭热成像。


与2014年研发的第一代红外中波长透明含硫塑料相比,新聚合物更坚固、更耐热。此种新透镜在更宽的光谱窗口范围内是透明的,光谱可延伸至长波IR,而且远比现有工业标准的锗金属透镜便宜。锗是一种昂贵、很重、稀有且有毒的材料。


由于锗具有诸多缺点,Pyun实验室的研究生兼论文第一作者Tristan Kleine认为,含硫塑料是一种具有吸引力的替代材料。不过,制造透明的塑料是一件很棘手的事情。



含硫塑料透镜(图片来自亚利桑那大学)


Kleine表示,产生有用的光学特性的成分,如硫-硫键,同时也会损害材料的强度和耐热性。此外,由于几乎所有的有机分子都会吸收IR光线,为了增加材料的强度所增加的其他有机分子又会导致透明度降低。


为了克服上述挑战,Kleine与化学系研究生Meghan Talbot以及化学与生物化学系教授Dennis Lichtenberger合作,利用计算机模拟设计了不吸收IR的有机分子,并且预测了候选材料的透明度。Kleine表示:“如果在实验室中测试此类材料可能需要花上好几年的时间,但是利用此种方法可以极大地加快新材料的设计速度。”


需要超过1700华氏度(约合926.67摄氏度)才能将锗熔化、成形。不过,由于含硫聚合物透镜含有特殊的化学物,可以在更低的温度下成形。


Pyun表示:“此种新型含硫塑料的主要优点之一是,可以在比锗更低的温度下,被加工成有用的光学元件,用于摄像头或传感器,同时还能够保持良好的热机械性能,防止开裂或出现划痕。” Norwood补充表示:“该种材料的可靠性基本相当于常规上用于眼镜的光学聚合物。”(来源:盖世汽车)