纳米工程将轻质扭曲材料带到更极端的环境中

根据密歇根大学和空军研究实验室领导的研究，现在可以用扭曲光束的坚固复合材料片对飞机推进系统的热湍流进行成像

这些片是用一种新的制造方法生产的，这种方法为飞机设计之外的其他领域开辟了可能性，因为它使新型材料能够用于偏振光学。虽然该团队展示了耐高温性，但预计还会出现新的机械、电气和物理特性&mdash；在能源、车辆和机器人传感器以及太空探索方面具有潜在应用

空军研究实验室高级研究材料工程师、最近发表在《自然》杂志上的这项研究的共同通讯作者Dhriti Nepal说：“将多种功能结合到2D材料中，开辟了一个充满可能性的世界。”

“想想蝴蝶的翅膀，它可以飞行、调节温度和反射光线，产生特定的颜色来吸引配偶和躲避捕食者。这项技术为创造能够实现任何想象的多功能设备提供了新的设计机会。”

关键是将不会自行扭曲光线的纳米材料排列在层上，将光波变成左旋或右旋螺旋，即所谓的圆偏振。在飞机的例子中，发动机产生的湍流使光旋转，然后通过材料进行过滤以进行成像。如今，LCD屏幕和热致变色涂料等设备已经使用液晶控制光波的扭曲和方向，但它们的熔化温度不远高于环境温度

密歇根大学欧文-朗缪尔杰出大学化学科学与工程教授、该研究的主要作者Nicholas Kotov说：“在某些情况下，你可能想在液晶的正常工作温度之外扭曲光线。现在，我们可以为这些设置制作偏振设备。”

这种新材料可以在250摄氏度下扭曲光线，通过对飞机发动机和其他应用中的湍流成像，它可以使航空航天工程师改进设计，以获得更好的飞机飞行性能

空军研究实验室材料和制造首席科学家、该研究的通讯作者Richard Vaia表示：“未来的航空航天系统继续推动技术可行性的发展。这些低成本的光学材料提供了模块化，这对于优化未来广泛技术的解决方案至关重要。”

为了制造这些材料，研究人员将微小的凹槽放入塑料片中，并在其上覆盖几层直径小于1毫米10000倍的微小平坦颗粒。这些颗粒用交替的分子粘合剂层固定在适当的位置，它们可以由任何可以制成扁平纳米颗粒的材料制成。对于耐热材料，研究人员使用了一种名为MXenes的类陶瓷材料

当光在材料中移动时，它分为两束，一束具有水平振荡波，另一束具有垂直振荡波。垂直波比水平波通过得更快。结果，这些波异相射出，看起来像一个光的螺旋。凹槽的角度决定了光螺旋的方向，银纳米线层可以帮助确保光只向左或向右螺旋

“我们的计算表明，光学性质不是来自纳米板本身，而是来自我们的制造过程导致的它们在凹槽上的取向，”André；法里亚斯·德·莫拉，美国联邦科技大学化学副教授；o Carlos和该研究的共同通讯作者

巴西生物可再生能源国家实验室的Felipe Colombari也参与了这项研究。Nicholas Kotov还是Joseph B.和Florence V.Cejka工程教授和大分子科学与工程教授