Un espejo de ferrofluido es un tipo de espejo deformable con una superficie líquida reflectante, comúnmente utilizado en óptica adaptativa . Está hecho de ferrofluido y partículas de hierro magnético en etilenglicol , la base del anticongelante para automóviles. [1] El espejo de ferrofluido cambia de forma instantáneamente cuando se aplica un campo magnético . A medida que las partículas ferromagnéticas se alinean con el campo magnético, el líquido se magnetiza y su superficie adquiere una forma regida por el equilibrio entre las fuerzas magnéticas, gravitacionales y de tensión superficial. [2] Dado que se puede producir cualquier forma cambiando las geometrías del campo magnético, se puede lograr el control y la corrección del frente de onda.
Un espejo de ferrofluido está controlado por varios actuadores , a menudo dispuestos en una matriz hexagonal. [3] [4] Los ferrofluidos puros tienen baja reflectividad, por lo que deben recubrirse con una capa reflectante. Los ferrofluidos a base de agua retienen eficazmente la capa reflectante, pero el agua se evapora tan rápidamente que el espejo podría desaparecer en cuestión de horas. Depositar un fino coloide de plata conocido como película metálica similar a un líquido (MELLF) sobre la superficie del ferrofluido resuelve el problema de la rápida evaporación y la baja reflectividad de los ferrofluidos puros. [5] La combinación de fluido y metal da como resultado una superficie óptica líquida que puede moldearse con precisión en un campo magnético .
Se han construido telescopios de espejos de ferrofluidos para obtener datos astronómicos y se han utilizado para tomar imágenes del espacio profundo; Los temas de investigación incluyen exoplanetas . El principal desafío al que se enfrentan los astrónomos y científicos es la distorsión de las imágenes debido a los errores del frente de onda causados por la atmósfera. La solución a este problema es crear espejos con formas superficiales controlables, conocidos como espejos deformables. [6] Los espejos de ferrofluidos se utilizan como espejos deformables porque cuando los ferrofluidos se exponen a un campo magnético, el líquido adopta una forma para minimizar la energía del sistema que involucra fuerzas magnéticas, gravitacionales y de tensión superficial del líquido. [2]
Si bien los espejos de ferrofluido se utilizan ampliamente en telescopios, también podrían aplicarse en el campo de las ciencias visuales. Los ojos humanos sufren de muchas imperfecciones ópticas. Los oftalmólogos miran a los ojos para detectar y diagnosticar enfermedades examinando la retina . Los espejos de ferrofluido podrían ajustarse rápidamente para compensar las grandes distorsiones en los ojos enfermos durante los exámenes o tratamientos oculares. [7] Pueden generar superficies que tienen formas complejas y, por lo tanto, pueden usarse para determinar la forma del cristalino del ojo humano, el cristalino . Esto puede permitir la medición de aberraciones de alto orden del cristalino para que puedan corregirse con procedimientos médicos adecuados. La superficie de referencia conformada magnéticamente se usaría además para verificar la corrección realizada en el cristalino del ojo antes, durante o después de los procedimientos. [8]
Antes de que se inventaran los espejos de ferrofluido, se utilizaban espejos sólidos deformables para corregir la distorsión atmosférica y mantener un enfoque estable. Los espejos sólidos deformables utilizan espejos flexibles con actuadores complejos debajo para corregir la distorsión atmosférica y mantener un enfoque constante. [9] Las deficiencias de los espejos sólidos deformables tradicionales incluyen el costo, la fragilidad y la necesidad de energía continua. Las imágenes de estos espejos tienen un patrón de tejido indeseable debido a los actuadores discretos debajo de la superficie del espejo. [6]
El mercurio se utilizó como material principal de los primeros telescopios de espejo líquido deformable debido a su alta reflectividad y baja temperatura de fusión. Sin embargo, como líquido magnético, tenía problemas. Es difícil obtener un líquido magnético estable con base metálica y la alta densidad del mercurio requiere una fuerza deformación mayor y, por tanto, un campo magnético fuerte. [5]
Las limitaciones asociadas con el uso de mercurio para espejos líquidos deformables pueden solucionarse mediante el uso de ferrofluidos. Los espejos de ferrofluido utilizan materiales más baratos y pueden realizar más correcciones debido a su mayor rango de movimiento. Los ferrofluidos estables tienen una amplia gama de propiedades físicas, por lo que pueden producirse para satisfacer muchas necesidades de aplicaciones prácticas. [9]