Группа химиков из Финляндии и Польши изготовила полностью автономную диафрагму из жидкого кристалла. Такая диафрагма умеет закрываться, если на нее попадает достаточно яркий свет, и раскрываться обратно, когда интенсивность излучения падает. По словам ученых — это первое подобное устройство, который не нуждается в дополнительных контроллерах, датчиках и источниках энергии. Соответствующая статья опубликована в журнале Advanced Materials.

На сегодняшний день практически все устройства, регулирующие поток света через входное отверстие, нуждаются в внешнем управлении. Это значит, что для корректирования размеров диафрагмы камеры, спектрографа и других устройств используется дополнительный модуль, наличие которого усложняет и увеличивает устройство. Группа ученых Smart Photonic Materials поставила себе за цель разработать активную диафрагму, в которой управляющая логика заложена непосредственно в материал из которого изготовлена диафрагма.

Искусственная диафрагма. Tampere University of Technology /Advansed Material 2017

Отличительная особенность нового устройства в том, что оно изготовлено из полимера, который реагирует на свет. При попадании на полоску образца достаточно интенсивного излучения, она деформируется, выгибаясь дугой. Это происходит благодаря сонаправленной ориентации светочувствительных участков полимера, из которого состоит материал. Кроме того, свойства материала сильно зависят от того, при какой температуре его изготавливали. Так, если процесс изготовления проходил при температуре выше комнатной, то при комнатной температуре (а именно в таких условиях чаще всего используются приборы) в нем могут возникать спонтанные деформации. Если же, наоборот, использовать такую диафрагму при температуре более высокой, чем во время изготовления образца, то лепестки будут деформироваться в противоположном направлении. Такая чувствительность к температуре, как считают ученые, может быть использована для адаптации устройств под конкретные задачи.

Процесс открытия диафрагмы. Различное время открытия лепестков обусловлено дефектами и неоднородностями в устройстве. Hao Zeng et al. /Advansed Material 2017

Для создания непосредственно диафрагмы ученые сделали следующее: они изготовили тонкую пластинку с круглым отверстием, которое закрывает 12 лепестков. В каждом из лепестков светочувствительные участки расположены так, что лепестки могут деформироваться в радиальном направлении, от центра диафрагмы. При этом в «основном состоянии» все лепестки были отогнуты и диафрагма была открыта. Как только на диафрагму попадал свет с достаточно большой интенсивностью, лепестки выпрямлялись, уменьшая долю света, которая проходит через устройство. При этом различные лепестки закрывались при различных интенсивностях, изменяя процент проходящего через систему света с 80% при мощности в 20 мВт/см^-2 до 10% при мощности в 200 мВт/см^-2. Кроме того, скорость реакции диафрагмы на освещение также зависит от мощности падающего света: при резком включении освещения мощностью в 300 мВт/см^-2 все лепестки закрывались примерно за 30 секунд, тогда как для света 200 мВт/см^-2 время закрытия уменьшалось до 5 секунд.

В дальнейшем ученые планируют увеличить чувствительность устройства. Кроме того, они надеются сделать схожую диафрагму, которая может работать в жидкой среде, а также найти применение таким светочувствительным материалам в робототехнике, биологии и медицине.

Автор: Александр Чепилко