Il y a cinq ans, lorsque le scientifique des matériaux de l'Université d'Arizona, Jeffrey Pyun, a présenté sa première génération de lentilles en plastique teintées en orange au scientifique optique Robert Norwood, il a répondu, "Ce n'est pas les années 60. Personne ne veut de lunettes orange, homme."

Dans les années qui ont suivi, une équipe dirigée par Puyn a affiné le matériau et créé la prochaine génération de verres. Le plastique, un polymère à base de soufre forgé à partir de déchets générés par le raffinage de combustibles fossiles, est incroyablement utile pour les lentilles, fenêtre et autres dispositifs nécessitant une transmission de lumière infrarouge, ou RI, qui rend la chaleur visible.

« La technologie d'imagerie infrarouge est déjà largement utilisée pour des applications militaires telles que la vision nocturne et les missiles à tête chercheuse, " dit Pyun, professeur au Département de chimie et de biochimie qui dirige le laboratoire qui a développé le polymère. "Mais pour les consommateurs et le secteur des transports, le coût limite la production en grand volume de cette technologie. »

Le nouveau matériau d'objectif pourrait rendre les caméras IR et les capteurs plus accessibles aux consommateurs, selon Norwood, professeur au James C. Wyant College of Optical Sciences. Les applications grand public potentielles incluent les véhicules autonomes économiques et l'imagerie thermique à domicile pour la sécurité ou la protection contre les incendies.

Les nouveaux polymères sont plus solides et plus résistants à la température que le plastique au soufre de première génération développé en 2014, qui était transparent aux longueurs d'onde de l'IR moyen. Les nouvelles lentilles sont transparentes à une fenêtre spectrale plus large, s'étendant dans l'IR à ondes longues, et sont beaucoup moins chers que la norme actuelle de l'industrie des lentilles à base de métal en germanium, cher, lourd, matière rare et toxique.

En raison des nombreux inconvénients du germanium, Tristan Kleine, un étudiant diplômé du laboratoire de Puyn et premier auteur de l'article, identifié un plastique à base de soufre comme une alternative intéressante. Cependant, la capacité de fabriquer des plastiques transparents aux infrarouges est une entreprise délicate.

Les composants qui donnent lieu à des propriétés optiques utiles, telles que les liaisons soufre-soufre, compromettent également la résistance et la résistance à la température du matériau. De plus, l'inclusion de molécules organiques supplémentaires pour donner la résistance du matériau a entraîné une transparence réduite, puisque presque toutes les molécules organiques absorbent la lumière infrarouge, dit Kleine.

Pour relever le défi, Kleine, en collaboration avec l'étudiante diplômée en chimie Meghan Talbot et le professeur de chimie et de biochimie Dennis Lichtenberger, a utilisé des simulations informatiques pour concevoir des molécules organiques qui n'absorbent pas les infrarouges et prédisent la transparence des matériaux candidats.

« Cela aurait pu prendre des années pour tester ces matériaux en laboratoire, mais nous avons pu accélérer considérablement la conception de nouveaux matériaux en utilisant cette méthode, ", a déclaré Kleine.

Le germanium nécessite des températures supérieures à 1, 700 degrés Fahrenheit pour fondre et façonner, mais en raison de sa composition chimique, les lentilles en polymère de soufre peuvent être mises en forme à une température beaucoup plus basse.

"Un avantage majeur de ces nouveaux plastiques à base de soufre est la capacité de traiter facilement ces matériaux à des températures beaucoup plus basses que le germanium en éléments optiques utiles pour les caméras ou les capteurs, tout en conservant de bonnes propriétés thermomécaniques pour éviter les fissures ou les rayures, " a déclaré Pyun. " Ce nouveau matériel vient de cocher tellement de cases que nous ne pouvions pas avant. "

« Sa fiabilité est essentiellement équivalente aux polymères optiques couramment utilisés pour les lunettes, " ajouta Norwood.

L'équipe s'associe à Tech Launch Arizona pour traduire la recherche en une technologie viable.

"Les humains s'illuminent comme un sapin de Noël en IR, " dit Pyun. " Alors, en pensant à l'Internet des objets et aux interfaces homme-machine, l'utilisation de capteurs IR va être un moyen très important de détecter le comportement et l'activité humains."

Des chercheurs de l'Université du Delaware et de l'Université nationale de Séoul ont également contribué à l'article, qui a été publié aujourd'hui dans la revue Angewandte Chemie .