Una lente óptica que detecta los gases

Los investigadores desarrollan lentes ópticas a partir de vidrio híbrido

28.06.2024

La estudiante de doctorado Oksana Smirnova investiga microlentes ópticas fabricadas con vidrios híbridos.

Jens Meyer / University of Jena

Un equipo de investigadores de la Universidad de Jena ha desarrollado una pequeña lente óptica de apenas unos milímetros cuyo comportamiento refractivo cambia en presencia de gas. Según informan los investigadores en la revista Nature Communications, este comportamiento "inteligente" de la microlente es posible gracias al material de vidrio híbrido con el que está fabricada. La estructura molecular de la lente consiste en un entramado tridimensional con cavidades que pueden alojar moléculas de gas, afectando así a las propiedades ópticas del material.

Lentes multirrespuesta

"Con el apoyo de la Fundación Carl Zeiss, estamos desarrollando los llamados materiales multirrespuesta", explica Lothar Wondraczek, catedrático de Química del Vidrio de la Universidad de Jena. "En el caso de la lente de vidrio híbrida, esto significa que refracta la luz con mayor o menor intensidad dependiendo de si el gas es absorbido en el material de la lente". El reto consistía en trasladar los métodos clásicos de formación de vidrio a estos materiales especiales.

"Los marcos metalorgánicos que utilizamos aquí", prosigue Wondraczek, "se están investigando y desarrollando como materiales para el almacenamiento o la separación de gases". La doctoranda y autora principal de la publicación, Oksana Smirnova, añade: "Sin embargo, la mayoría de estas sustancias se descomponen al calentarse y, por tanto, son muy difíciles de formar".

Junto con el Dr. Alexander Knebel, jefe de grupo de investigación junior de la Cátedra de Química del Vidrio, los investigadores de Jena tuvieron que desarrollar primero un proceso de síntesis adecuado para materiales de gran pureza. A continuación, tuvieron que identificar las condiciones óptimas en las que se podía dar forma al material. "Fundimos el material y luego lo transferimos a un molde impreso en 3D, donde se prensa. Este proceso nos permite elegir casi cualquier forma deseada", explica el químico. "Elegimos deliberadamente la lente como forma", prosigue, porque "hasta las impurezas más pequeñas se notan en una lente, ya que afectan directamente a las propiedades ópticas".

Formabilidad versátil

Este nuevo proceso permite ahora fundamentalmente una gran variedad de formas y geometrías, que van más allá de la aplicación específica como microlentes, explica Wondraczek. "Como estos materiales multirrespuesta reaccionan a múltiples influencias simultáneamente, podrían utilizarse para circuitos lógicos, por ejemplo", describe el científico de materiales las posibles aplicaciones de tales componentes. "Esto significa concretamente que para la reacción observable se vinculan dos condiciones", explica. "Si un haz de luz incide en la lente y el gas se absorbe en el material de la lente simultáneamente, entonces la luz se refracta de una manera particular, proporcionando una retroalimentación combinada".

También son concebibles las membranas para la separación de gases, cuyas propiedades ópticas cambian cuando hay moléculas de gas presentes. Estos componentes ópticos podrían utilizarse en la tecnología de sensores, haciendo que los métodos de medición sean más eficaces, ahorren espacio y sean "inteligentes".

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Publicación original

Oksana Smirnova, Roman Sajzew, Sarah Jasmin Finkelmeyer, Teymur Asadov, Sayan Chattopadhyay, Torsten Wieduwilt, Aaron Reupert, Martin Presselt, Alexander Knebel, Lothar Wondraczek; "Micro-optical elements from optical-quality ZIF-62 hybrid glasses by hot imprinting"; Nature Communications, Volume 15, 2024-6-13

https://www.quimica.es/noticias/1183818/una-lente-optica-que-detecta-los-gases.html