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  • 研究人員用蟹殼制造可生物降解的光學元件

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2023-03-23 11:08 閱讀:357 [投稿]
    研究人員開發了一種將蟹殼變成生物塑料的工藝,可用于制造光學元件——衍射光柵。由此產生的輕質、廉價光柵是可生物降解的,并且可以使便攜式光譜儀也是一次性的。

    研究人員開發了一種將蟹殼變成生物塑料的工藝,這種塑料可用于制造光學元件——衍射光柵。由此產生的輕質、廉價光柵是可生物降解的,并且可以使便攜式光譜儀也是一次性的。

    菲律賓馬尼拉雅典大學的研究小組負責人拉斐爾·a·格雷羅說:“菲律賓以美味的海鮮而聞名,但這個行業也是大量固體廢物的來源,比如廢棄的蟹殼。我們想找到蟹殼廢物的另一種用途,并決定弄清楚蟹殼中的殼聚糖是否可以用作硅酮的可生物降解替代品,我們以前在實驗室里用硅酮制作衍射光柵!


    研究人員將干蟹殼磨成粉末(左),然后使用化學工藝制造適合制作衍射光柵的溶液(右)。

    在《應用光學》雜志上,研究人員展示了基于殼聚糖的生物塑料可用于制造衍射光柵,其工作原理與市面上在售光柵一樣。

    格雷羅說:“殼聚糖制成的光柵是可生物降解的,環保的,同時也非常便宜,因為蟹殼通常被認為是廢物。通過展示有用的光學元件可以由通常被認為是廢物的材料制成,我們希望有助于提高光學制造的可持續性,并減少需要處理的海鮮廢物的數量!


    研究人員開發了一種將蟹殼變成生物塑料的工藝,可用于制造光學元件——衍射光柵(在鑷子中)。

    將蟹殼變成光學元件

    由于殼聚糖具有良好的光學性能,研究人員決定探索它。在提純后的溶液中,殼聚糖是透明的,可以像硅樹脂一樣成型,同時具有更高的折射率,這對某些應用很重要。

    為了從蟹殼中提取殼聚糖,研究人員清洗了從當地加工廠收集的蟹殼,并在烤箱中烘干。然后將殼碾碎成粉末,用化學方法制成殼聚糖溶液。

    研究人員使用軟光刻術從殼聚糖溶液中制作光柵,這是一種使用硅膠模具復制物體納米級表面特征的復制過程。這涉及制備市售衍射光柵的硅膠鑄件,然后將殼聚糖溶液倒入其中。當解決方案硬化時,它創建了商業光柵的復制品。

    格雷羅說:“與激光蝕刻等減法方法不同,我們的軟光刻技術不會產生殼聚糖廢物。我們還可以通過改變所使用的化學步驟來修改殼聚糖的物理性質,以更好地滿足特定的需求!

    衍射光柵的表面有成千上萬的微觀凹槽,可以將白光分解成它的組成顏色。當白光照射殼聚糖光柵時,研究人員可以清楚地看到預期的彩虹圖案。他們還使用原子力顯微鏡來確認殼聚糖光柵溝槽之間的間距與原始商業光柵的溝槽間距相對應。最后,用激光束對殼聚糖衍射光柵進行了測試,得到了正確的衍射圖樣。


    殼聚糖衍射光柵通過軟光刻制造,凹槽密度為(a)600和(b)1200線/毫米。

    一次性光譜儀

    格雷羅說:“衍射光柵是光譜儀的主要組成部分,光譜儀是用于各種工業和科學應用的儀器,用于分析光與樣品相互作用的方式,以確定其化學成分。傳統的光柵通常由玻璃等重材料制成,但殼聚糖制成的光柵可用于制造更輕、更便宜的光譜儀!

    研究人員還沒有測試殼聚糖光柵的耐用性,但表示它們適用于用于野外工作的一次性光譜儀。例如,這種儀器可用于分析溪流中的水污染或工廠車間中的食品或藥品污染。由于這種材料是可生物降解的,所以用殼聚糖制成的設備對環境的影響最小。他們還致力于提高殼聚糖光柵的功率效率,使其實際應用于現實世界。

    格雷羅說:“對于從事螃蟹產業的社區,特別是在菲律賓,我們的發現為他們的海鮮產品增加了價值,因為即使是廢棄的組件也可以用于光學制造。通過企業和當地政府的適當合作,從蟹殼中提取殼聚糖可以增加收入,提高捕蟹漁民及其家庭的生活質量!

    相關鏈接:https://phys.org/news/2023-03-biodegradable-optical-components-crab-shells.html

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