211service.com
Praktyczny sposób na wykonanie peleryny-niewidki
Nowa metoda drukowania umożliwia wytwarzanie dużych arkuszy metamateriałów, nowej klasy materiałów zaprojektowanych do interakcji ze światłem w sposób, w jaki nie mogą tego zrobić żadne materiały naturalne. Od kilku lat naukowcy pracujący nad tymi materiałami obiecują peleryny-niewidki, supersoczewki o ultrawysokiej rozdzielczości i inne egzotyczne urządzenia optyczne prosto z kart science fiction. Ale materiały ograniczały się do demonstracji w małych laboratoriach, ponieważ nie było możliwości wyprodukowania ich w wystarczająco dużych ilościach, aby zademonstrować praktyczne urządzenie.
Lekka osnowa: Jest to największy arkusz, jaki kiedykolwiek wykonano z metamateriału, który może zagiąć do tyłu światło bliskiej podczerwieni.
Wszyscy, być może wygodnie, byli w sytuacji, w której nie byli w stanie wytworzyć wystarczającej ilości [metamateriału], aby cokolwiek z nim zrobić, mówi John Rogers , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign, który opracował nową metodę drukowania. Metamateriały oddziałujące ze światłem widzialnym nie były dotychczas wytwarzane w kawałkach większych niż setki mikrometrów.
Metamateriały składają się z warstw o skomplikowanych wzorach, często z metali. Wzory muszą być w tej samej skali, co długość fali światła, z którym mają oddziaływać. W przypadku światła widzialnego i bliskiej podczerwieni oznacza to cechy w nanoskali. Badacze wytwarzają te materiały przy użyciu tak czasochłonnych metod, jak litografia wiązką elektronów.
Firma Rogers opracowała metodę drukowania opartą na stemplach, umożliwiającą generowanie dużych kawałków jednego z najbardziej obiecujących rodzajów metamateriału, który może powodować, że światło bliskiej podczerwieni może uginać się w niewłaściwy sposób, gdy się przez nie przejmie. Materiały o tak zwanym ujemnym współczynniku załamania są szczególnie obiecujące w produkcji supersoczewek, noktowizorów i wyrafinowanych falowodów dla telekomunikacji.
Grupa z Illinois zaczyna od uformowania twardego plastikowego stempla pokrytego wypukłym wzorem kabaretki. Stempel jest następnie umieszczany w komorze odparowywania i powlekany warstwą protektorową, po której następują naprzemienne warstwy składników metamateriału — srebra i fluorku magnezu — w celu utworzenia warstwowej siatki na stemplu. Stempel jest następnie umieszczany na tafli szkła lub elastycznego tworzywa sztucznego, a warstwa protektorowa jest wytrawiana, przenosząc wzorzysty metal na powierzchnię. Jak dotąd Rogers mówi, że wykonał arkusze metamateriału o grubości kilku cali z każdej strony, ale używając więcej niż jednego stempla, spodziewa się, że zwiększy to do stóp kwadratowych. I mówi, że wytłoczone materiały faktycznie mają lepsze właściwości optyczne niż metamateriały wytwarzane tradycyjnymi metodami.
Lekka siatka: Metamateriał o dużej powierzchni składa się z warstwowej siatki metali ukształtowanej w nanoskali.
Możemy teraz rozwalać gigantyczne arkusze tego materiału, mówi Rogers. Wykonanie formy do pieczątki jest ostrożne, ale gdy ta forma zostanie już utworzona, wykonanie wielu pieczątek wielokrotnego użytku nie trwa długo.
Xiang Zhang, kierownik katedry inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, mówi, że praca ta stanowi ważny krok w kierunku zastosowań metamateriałów optycznych. Dzięki tej metodzie można powiększyć różne metamateriały, mówi Zhang, który w 2008 roku stworzył projekt wykorzystany przez Rogersa do pierwszej demonstracji. Na przykład możliwe są soczewki i peleryny 2-D w makroskali, a być może również koncentratory słoneczne. Jednym z potencjalnych zastosowań są obiektywy, które integrują wiele funkcji w jednym urządzeniu, w telekomunikacji i obrazowaniu.
Ta technika drukowania jest dość potężna i ma potencjał skalowania do bardzo dużych obszarów, mówi Nicholas Fang , profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej na MIT. Fang twierdzi, że ten rodzaj metamateriału byłby szczególnie interesujący dla urządzeń do obrazowania w podczerwieni.