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計算化学を使って安価な赤外プラスチックレンズを作製

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November, 13, 2019, Tucson--アリゾナ大学の研究チームが開発した新しい材料によりコンシューマは、自律走行車や家庭内でセキュリティや防火のためのイメージングなどの製品でコンシューマグレードの赤外ディテクタを利用できるようになる。

新しいポリマは、2014年に開発された中赤外に透明な初代硫黄プラスチックよりも強力で温度耐性が高い。その新しいレンズは、長波IRまでの幅広いスペクトルウインドウで透明であり、現在の産業標準金属ベースのレンズよりも安価である。現行金属ベースのレンズは、高価で重く、希少で毒性のある材料、ゲルマニウムでできている。

ゲルマニウムには多くの欠点があるため、材料科学Jeffrey Puyn研究室の院生、Tristan Kleineは、硫黄ベースのプラスチックを魅力的な代替であると論文で発表した。しかし、IR透明プラスチックを造る能力は、手の込んだ作業である。

硫黄と硫黄の結合など有用な光学特性を出すコンポーネントは、材料の強さと温度耐性にも妥協することになる。さらに、材料を強化するための追加有機分子を入れると、透明性が低下する、ほぼ全ての有機分子はIR光を吸収するからである。

その課題を克服するために、化学分野の院生、Meghan Talbot、生物化学教授、Dennis Lichtenbergerと協力して、Kleineは、計算シミュレーションを使って、IR吸収のない有機分子を設計し、透明な候補材料を予測した。

「これらの材料を研究室でテストするには数年を要するが、この方法を使うことで新材料の設計を大幅に加速することでできた」とKleineは話している。

ゲルマニウムは、溶かして成形するのに1700°F以上の温度が必要であるが、硫黄ポリマレンズは、遙かに低温で成形可能である。

「この新しい硫黄ベースプラスチックの大きな利点は、ゲルマニウムよりも遙かに低温で、カメラ、センサ向けなど、有用な光学素子に簡単に加工できることである。同時に、亀裂や擦り傷を防ぐ優れた熱機械特性を維持している」とPyunはコメントしている。

光学研究者Robert Norwoodによると、その信頼性は、基本的に、通常メガネに使用されている光学ポリマと同等である。
(詳細は、https://uanews.arizona.edu/)