دستاورد دانشمندان در توسعه ابرآینه‌های فرو سرخ – میانی صنعت را دچار تحول خواهد کرد؛ اما چطور؟ با تکراتو همراه باشید.
دانشمندانی از ایالات متحده، اتریش و سوئیس به پیشرفت بزرگی در فناوری آینه‌ای دست یافته و اولین ابرآینه‌های فروسرخ- میانی با بازتابی استثنایی را ایجاد کردند. گزارش این دستاورد که در Nature Communications ارائه شده، بناست یک رویکرد انقلابی در افزایش قدرت سنجش گازهایی محیطی و امور صنعتی باشد.
حل چالش جهانی و توسعه ابرآینه‌های فرو سرخ – میانی
دانشمندانی از ثورلبزِ «Thorlabs» سانتا باربارا، آزمایشگاه کریستین داپلر برای طیف‌سنج فروسرخ میانی واقع در دانشگاه وین، موسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) و دانشگاه نوشاتل، موفق شدند ابر آینه‌هایی را در دامنهیِ طیفی فروسرخ – میانی توسعه دهند که تحول‌ساز صنعت انرژی است. مُراد توسعه‌یِ آینه‌هایی است که کاربردهای گوناگونی در طیف سنجی نوری برای سنجش محیطی – اقلیمی و برش لیزری دارند.
در حوزه‌یِ آینه‌هایی با کارایی بسیار بالا، هدف همیشه رسیدن به حدِّ کمال در بازتابش بوده است. در حالی که آینه‌های فلزی مرئی تا 99% بازتاب دارند، با رسیدن به دامنهیِ فروسرخ، قادر به رصد پوشش‌هایی با بازتاب قابل توجه 99.9997% خواهیم بود. گسترش این عملکرد به سطح فروسرخ – میانی می‌تواند دانش بشریت را در حوزه‌های تغییرات اقلیمی، سوخت‌های زیستی و دیگر بخش‌های علمی و صنعتی بهبودی نمایی بخشد که هر کدام به نوبه‌ی خود‌ـ در گذشته و هم‌اکنون برای بشریت چالشی در حد و اندازه مرگ و زندگی است.
این همکاری بین‌المللی اکنون بر این چالش غلبه کرده و ابرآینه‌های فروسرخ – میانی‌ای را توسعه داده که از هر 1 میلیون فوتون تنها 8 فوتون را از دست می‌دهد و به بازتاب خیره‌کننده‌ی 99.99923 درصدی می‌رسد. برای رسیدن به این نقطه عطف به تلفیق مهندسی مواد، طراحی آینه و نانوفناوری نیاز بود که با گردهم‌آیی و همکاری دانشمندان به این امر مهم دست پیدا کردیم.
فهرستی از مزایای توسعه ابرآینه‌های فرو سرخ – میانی
- حسگر گازهای محیطی با حساسیت فوق‌العاده: این آینه‌های فوق‌العاده در دامنهٔ فروسرخ – میانی با بازتاب 99.99923٪ می‌توانند حساسیت دستگاه‌های نوری (Optical) را به طور چشمگیری افزایش دهند. مثلاً افزایش حساسیت در دستگاه‌های طیف سنجی حلقه‌ای به پایین (CRDS)، که امکان اندازه‌گیری دقیق مقادیر بسیار کمی از گازهای محیطی، از جمله گازهایی مانند مونوکسید کربن را فراهم می‌کنند.
- پردازش‌های صنعتی پیشرفته: این ابرآینه‌ها، ظرفیت‌های بالقوه و بالفعل بسیار زیادی را برای کاربردهای صنعتی پیش‌روی ما می‌گذارد، به ویژه در برش لیزر، جوشکاری فلزات و فعالیت‌های پیچیده در حوزه‌ی فناوری نانو. سطح بازتاب کم‌‌نظیر این آینه‌ها درهایی را به سوی آینده گشوده که پیش‌تر برای ما بسته بود.
- تحقیقات تغییرات اقلیمی و سوخت زیستی: این آینه‌ها نقش بسیار مهمی در تحقیقات اقلیم و سوخت‌های زیستی بازی می‌کنند، چنان‌که با افزایش امکانِ بازتابش، قادر خواهیم بود سطح اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل دقیق‌تری از فضاهای آب و هوایی داشته باشیم که این امر به پیش‌بینی‌های دقیق‌تری در آینده منجر می‌شود.
تاثیر توسعه ابرآینه‌ها در دیگر ساخت‌های علمی
- ردیابی فعالیت‌های هسته‌ای: نوآوری در فناوری ابرآینه‌های فروسرخ- میانی می‌توانند به ما در ردگیری و اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های رادیویی کمک بسیاری کنند، به ویژه برای یافتن شواهدی برای منبع مواد هسته‌ای، قاچاق و غنی‌سازی آنها. از این پس، بهتر می‌توانیم با آنالیز گرد و غبار یک تاسیسات هسته‌ای، یا زباله‌‌های رادیواکتیو موجود پس از انفجار هسته‌ای به شناسایی فعالیت‌های هسته‌ای بپردازیم.
- تاریخ‌گذاری کربنی: توانایی آینه‌ها برای اندازه‌گیری طول نور آن‌هم در یک دستگاه کوچک، می‌تواند برای تاریخ گذاری کربنی بسیار مفید باشد. این توسعه هم بر دقت و حساسیت روش‌های تاریخ‌گذاری کربن تأثیر خواهد گذاشت و هم تحقیقات باستان‌شناسی و تاریخی را چندپله به جلو خواهد راند.
- تحول کاربردشناختی در فناوری‌های نوری: این توسعه نشان دهنده یک دگرگونی کاربردشناختی در اندوده‌یِ آینه‌ای است که راه‌های تازه‌ای را برای نوآوری‌های پیشرفته‌تر در فناوری‌های نوری باز می‌کند. چنان‌که می‌توانیم امیدوار باشیم در آینده شاهد توسعه‌یِ آینه‌های پیشرفته‌تر با کاربردهای متنوع در رشته‌های علمی و صنعتی رقم بخورد.
آن‌چه که گفتیم…
محققان الگوی جدیدی را در اندوده‌های آینه‌ای معرفی کردند که حاصل آمیزش تکنیک‌های سنتی با مواد نیمه‌رسانای جدید است تا با چالش‌های منحصر به فرد در دامنه فروسرخ میانی مقابله کنند. این آینه‌ها از خلوص و کیفیت اپیتاکسی پرتوهای مولکولی استفاده می‌کنند؛ فرآیندی پیچیده که پیش‌تر تنها در ساخت دستگاه‌های نیمه-هادی استفاده می‌شد.
گرت کول (Garrett Cole)، مدیر فناوری گروه ثورلبزِ (Thorlabs)، بر اهمیت این نوآوری تأکید کرد و گفت:
«این کار بر اساس تلاش‌های پیشگامانه‌یِ ما در بخش اندوده‌های کریستالی انتقال‌یافته از بستر است. همکاری بین المللی ما، با گسترش این پلت‌فرم به طول موج های طولانی‌تر، اولین رویکردی است که روش پوشش MIR را با جذب نامطلوب و تلفات پراکندگی به زیر 5 قسمت در میلیون توسعه داده است.»
برگرفته از نشریه‌ی اینترنتی ScitechDaily
دیدگاه شما درباره‌ی توسعه ابرآینه‌های فرو سرخ – میانی چیست؟ آیا در راه حل معضل اقلیمی قدم خواهیم گذاشت؟ لطفاً نظرات خود را در بخش کامنت‌ها برای تکراتو بنویسید.
