ساخت نوعی لنز مایع که فاصله کانونی خود را با اعمال ولتاژ تغییر می‌دهد

دانشمندان چینی نوعی لنز مایع ساخته‌اند که فاصله کانونی خود را متناسب با ولتاژی که به‌آن اعمال می‌شود، تغییر می‌دهد. این لنز از ماده‌ جدیدی موسوم به دی‌بوتیل آدیپات یا DBA (مخفف dibutyl adipate) ساخته شده که در دمای عادی مایع است و به ولتاژ الکتریکی واکنش نشان می‌دهد. لنز جدید چون سبک و شیوه تولیدش آسان است، برای استفاده در دوربین تلفن‌های همراه، عینک، ابزارهای خاص پزشکی و بینایی ماشین، گزینه مطلوبی به‌نظر می‌رسد.

به‌گفته «میائو شو» از پژوهشگران دانشگاه هافِی (Hefei) و عضو این پروژه، چشم انسان با سرعت شگفت‌انگیزی روی اشیاء در فواصل مختلف فوکوس می‌کند و آن‌ها نیز با اقتباس از عملکرد چشم انسان، لنز مایع واکنش‌گرایی ساختند که با تغییر شکل، همگرا یا واگرا می‌شود و متناسب با آن، نور را متمرکز یا پخش می‌کند.

این لنز مایع که از دی‌بوتیل آدیپات یا DBA ساخته شده است، فقط چند گرم وزن دارد و در آزمایش‌ها، هم عملکرد نوری یا اپتیکال و هم پایداری خوبی از خود نشان داده است. ساختار مولکولی الکترونگاتیو یا الکترون‌گیرِ DBA طوری است که وقتی به‌آن ولتاژ اعمال می‌شود، سریعاً تغییر شکل می‌دهد و فاصله کانونی آن تغییر می‌یابد. چون دی‌بوتیل آدیپات ماده شفاف، غیرفرّار و ارزانی است، برای ساخت لنزهای مایع تطبیقی (adaptive lens)¹ گزینه ایده‌آلی به‌نظر می‌رسد.  

این‌ نوع لنز مایع تطبیقی می‌تواند جایگزین لنزهای جامد فعلی شود. بخشی از ضخامت فعلی گوشی‌های همراه به‌خاطر لنز دوربین آن‌هاست. اما در صورت استفاده از لنز مایع، ضخامت لنز از ضخامت خود گوشی بیشتر نخواهدبود. ضمنا با کمک این لنزها دوربین تلفن‌ همراه می‌تواند فاصله کانونی خود را سریع‌تر تغییر دهد. به‌علاوه، چون لنز مایع DBA فاصله کانونی خود را با کمک برق تغییر می‌دهد و از عناصر مکانیکی بی‌نیاز است، احتمال خرابی کمتری دارد.

تبدیل مایع DBA به لنز

پژوهشگران برای تولید لنز مایع جدید، الکترود حلقوی را با مایع DBA پر کردند و نتیجتاً مایع DBA به‌شکل توده‌ای گنبدی‌شکل درآمد تا نقش عدسی یا لنز را بازی کند. سطح داخلی الکترود نیز با لایه ضدآب پوشیده شد. با اعمال جریان برق مستقیم، مولکول‌های DBA روی قطب منفی (الکترود آند) تجمع می‌کنند و شکل گنبدی مایع، بسته به ولتاژ تغییر می‌یابد. با تغییر شکل عدسی مایع، فاصله کانونی آن نیز تغییر می‌کند. وقتی میدان الکتریکی از بین می‌رود، مایع DBA شکل اولیه خود را بازمی‌یابد.

لنزهای DBA نسبت به لنزهای مایع تطبیقی فعلی که به‌شیوه الکترووتینگ (electrowetting) کار می‌کنند، عملکرد بهتری دارند. در لنزهای مایع الکترووتینگ، از مایعی مثل آب‌نمک استفاده می‌شود و برای جدا نگه داشتن مایع رسانا از الکترود فلزی نیز نوار دی‌الکتریک به‌کار می‌برند.

اما لنز مایع DBA تبخیر نمی‌شود و با اعمال برق از هم نمی‌پاشد و چون مایع DBA مستقیما با الکترود در تماس است، به لایه عایق نیازی ندارد. لذا ساختار ساده‌تری دارد و در مقایسه با لنزهای مایع الکترووتینگ، پایدارتر است.

در آزمایش‌ها مشخص شد که لنز مایع DBA حدود 95 درصد طول‌موج‌های مرئی 390 نانومتر تا 780 نانومتری را از خود عبور می‌دهد و در دماهای مختلف از دمای اتاق گرفته تا دمای بیش از 90 درجه سانتی‌گراد، درست عمل می‌کند. آزمایش‌ پژوهشگران همچنین نشان داد که با افزایش ولتاژ از 0 به 100 ولت، فاصله کانونی لنز از 7.5 میلی‌متر به 13.1 میلی‌متر تغییر می‌یابد و می‌تواند به وضوحی حدود 29 خط بر میلی‌متر دست یابد.

پژوهشگران دانشگاه هافِی در پی راه‌هایی هستند تا ولتاژ لازم برای هدایت لنز مایع DBA را کاهش و وضوح آن‌را افزایش دهند و سرعت واکنش آن‌‌را به حد میلی‌ثانیه برسانند. آن‌ها همچنین می‌خواهند اثر گرانش بر مایع DBA را آن‌قدر کاهش دهند تا بتوانند لنزهای بزرگتری بسازند. مقاله پژوهشگران درباره لنز مایع DBA را می‌توانید در این نشانی مطالعه کنید.

پانویس:

• اجزای نوری تطبیقی یا سازگار (adaptive optics) لنزها و آینه‌هایی هستند که بسته به شرایط متغیر نوری تغییر وضعیت می‌دهند تا از اعوجاج تصویر یا مخدوش شدنش جلوگیری شود. لنزهای تطبیقی الزاما مایع نیستند. تلسکوپ‌های پیشرفته امروزی مجهز به آینه‌ها یا لنزهای شیشه‌ای یا جامد نیز، معمولا تطبیقی هستند. باتوجه به این‌که شرایط نوری جو زمین پیوسته تغییر می‌کند، اجزای نوری این تلسکوپ‌ها نیز با کمک سامانه‌های کامپیوتری و اجزای مکانیکی یا مغناطیسی، متناسب با شرایط جویِ جاری، سریعاً تغییر وضعیت می‌دهند تا میزان خطا و اعوجاج تصویر را تا جای ممکن کاهش دهند. لنزهای مایع نیز چون منعطف هستند، می‌توانند قابلیت تطبیقی داشته باشند.