研究人员用蟹壳制造可生物降解的光学元件
研究人员开发了一种将蟹壳转化为生物塑料的工艺，这种生物塑料可用于制造称为衍射光栅的光学元件。由此产生的重量轻、价格低廉的光栅是可生物降解的，可以使便携式光谱仪也是一次性的。
“菲律宾以美味的海鲜而闻名，但这个行业也是大量固体废物的来源，例如废弃的蟹壳，”来自菲律宾雅典耀大学的研究小组组长 Raphael A. Guerrero说。“我们想找到蟹壳废料的替代用途，并决定找出蟹壳中的壳聚糖是否可以用作硅酮的可生物降解替代品，我们之前在实验室中使用硅酮制造衍射光栅。”
在Optica Publishing Group期刊 Applied Optics中，研究人员表明，基于壳聚糖的生物塑料可用于制造与市售产品一样工作的衍射光栅。
“由壳聚糖制成的格栅可生物降解且环保，同时也非常便宜，因为蟹壳通常被认为是废物，”Guerrero 说。“通过证明有用的光学元件可以用通常被认为是废物的材料制成，我们希望帮助提高光学制造的可持续性，并减少需要处理的海产品废物的数量。”
将蟹壳变成光学器件
由于壳聚糖具有良好的光学特性，研究人员决定对其进行探索。作为溶液的纯化形式，壳聚糖是透明的，可以像硅胶一样模制，同时具有更高的折射率，这对于某些应用很重要。
为了从蟹壳中提取壳聚糖，研究人员清洗了从当地一家加工厂收集的蟹壳，然后在烤箱中烘干。然后将贝壳粉碎成粉末，并使用化学方法变成壳聚糖溶液。
研究人员使用软光刻从壳聚糖溶液中制作光栅，软光刻是一种使用硅胶模具复制物体纳米级表面特征的复制过程。这包括准备市售衍射光栅的硅胶铸件，然后将壳聚糖溶液倒入其中。当溶液硬化时，它创建了商业光栅的复制品。
“与激光蚀刻等减法方法不同，我们的软光刻技术不会产生壳聚糖废物，”Guerrero 说。“我们还可以通过改变所用的化学步骤来修改壳聚糖的物理特性，以更好地满足特定需求。”
衍射光栅的表面有数以千计的微观凹槽，可以将白光分成其组成颜色。当用白光照射壳聚糖光栅时，研究人员可以清楚地看到预期的彩虹图案。他们还使用原子力显微镜来确认壳聚糖光栅的凹槽之间的间距与原始商业光栅的间距相对应。最后，用激光束对壳聚糖衍射光栅进行的测试产生了正确的衍射图案。
一次性光谱仪
“衍射光栅是光谱仪的主要部件，光谱仪用于各种工业和科学应用，用于分析光与样品相互作用的方式以确定其化学成分，”Guerrero 说。“传统的光栅通常由玻璃等重材料制成，但由壳聚糖制成的光栅可用于制造更轻、更便宜的光谱仪。”
研究人员尚未测试壳聚糖光栅的耐用性，但表示它们适用于用于野外工作的一次性光谱仪。例如，这种仪器可用于分析溪流中的水污染或工厂车间的食品或药品。由于该材料是可生物降解的，因此由壳聚糖制成的设备对环境的影响最小。他们还致力于提高壳聚糖光栅的能效，使其适用于实际应用。
“对于从事螃蟹产业的社区，特别是在菲律宾，我们的发现增加了他们海鲜产品的价值，因为即使是废料也可以用于光学制造，”Guerrero 说。“通过企业与地方政府之间的适当合作，从蟹壳中提取的壳聚糖可以为捕蟹者及其家人带来更高的收入和更好的生活质量。”
版权声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！