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Le prime nanofibre laser aprono la strada a tessuti laser morbidi e economici
C'è stato un tempo, non molto tempo fa, in cui i laser erano dispositivi esotici che vivevano in laboratori specializzati e facevano affidamento su un team di esperti per farli funzionare. Tutto ciò è cambiato quando i fisici hanno scoperto come realizzare laser a stato solido utilizzando le stesse tecniche che hanno reso i chip di silicio così onnipresenti ed economici. Oggi, se vivi nel mondo occidentale, probabilmente non sei a più di 5 metri di distanza da un laser in questo momento, magari in un lettore DVD, un puntatore laser o un'unità disco.
Ma nonostante la loro ubiquità, i laser sono ancora relativamente difficili da realizzare e difficili da incorporare in qualcosa di diverso dai dispositivi a stato solido come i chip dei computer. I fisici hanno fatto qualche progresso nel drogare le fibre ottiche in modo che lascino.
Ma queste fibre sono relativamente grandi rispetto ai componenti microelettronici come i transistor e rigide rispetto alle fibre organiche come il cotone e quindi hanno un'utilità limitata. Sarebbe impossibile lavorare a maglia un maglione con fibre ottiche, per esempio.
Ciò potrebbe cambiare ora grazie al lavoro di Andrea Camposeo presso il Laboratorio Nazionale di Nanotecnologie dell'Istituto Nanoscienze-CNR in Italia e alcuni amici. Questi ragazzi hanno trovato un modo per creare nanofibre organiche che laserano a lunghezze d'onda visibili. L'opera apre la strada alla realizzazione di tessuti laser, interi fogli di materiale che emettono luce mediante il processo di emissione stimolata.
Per realizzare queste nanofibre, Camposeo e co utilizzano il semplice processo di elettrofilatura. Questo inizia con una soluzione di polimero organico, come PMMA o polistirene, che riveste una superficie conica nota come filiera.
Quando viene posta in un campo elettrico, la carica si accumula sulla punta del cono, facendo sì che il liquido si formi in una gocciolina che viene poi allontanata dalla superficie, trascinando con sé una stringa di fluido. Quando il solvente evapora, le molecole polimerizzano formando una nanofibra.
Questo è un processo noto e convenzionale. Il trucco che Camposeo e co hanno perfezionato è quello di aggiungere alcuni coloranti laser al mix. Si tratta di molecole organiche in grado di assorbire la luce ad una lunghezza d'onda ed emetterla ad una più alta. Quindi, quando immerso nella luce alla lunghezza d'onda più bassa, il mezzo laser alla lunghezza d'onda più alta.
I risultati sembrano impressionanti. Questi ragazzi hanno elettrofilate singole nanofibre di PMMA mescolate con coloranti laser per produrre fibre con diametri che vanno da poche centinaia di nanometri a pochi micron.
E quando sono bombardate dalla luce esterna, queste fibre intrappolano la luce al loro interno, provocando il laser dell'intera fibra. La luce può anche passare da una fibra all'altra, dove si toccano.
La cosa interessante di questo approccio è che le proprietà chimiche delle fibre sono facili da modificare. Camposeo e co affermano che è possibile realizzare fibre che laserano a un'ampia gamma di lunghezze d'onda. Queste nanostrutture possono essere adattate per emettere luce nell'intera regione visibile e nel vicino infrarosso, dicono.
Esistono numerose applicazioni per questo tipo di fibre, che possono essere realizzate a temperatura ambiente a costi contenuti. Camposeo e co affermano che le singole nanofibre possono essere utilizzate in un'ampia gamma di componenti fotonici, a un costo che le rende più o meno usa e getta. Possono anche formare una sorta di stuoia per creare tessuti laserabili. Prevediamo che queste proprietà possono rendere i tappetini polimerici elettrofilati candidati interessanti come fonti di emissione di luce per la costruzione di tessuti attivi e superfici intelligenti con un'ampia area, per varie applicazioni tecniche, affermano.
Questa è una possibilità interessante. Camposeo e compagni non entrano nei dettagli sul tipo di cose che potrebbero diventare possibili con questo tipo di componenti e tessuti. Quindi suggerimenti nella sezione commenti per favore.
Rif: arxiv.org/abs/1311.7598 : Nanofibre polimeriche come nuove fonti di emissione di luce e materiale laser