211service.com
En praktisk måde at lave usynlighedskapper på
En ny trykmetode gør det muligt at fremstille store ark metamaterialer, en ny klasse af materialer designet til at interagere med lys på måder, som ingen naturlige materialer kan. I flere år har forskere, der arbejder på disse materialer, lovet usynlighedskapper, superlinser med ultrahøj opløsning og andre eksotiske optiske enheder direkte fra science fiction-siderne. Men materialerne var begrænset til små laboratoriedemonstrationer, fordi der ikke var nogen måde at lave dem i store nok mængder til at demonstrere en praktisk enhed.
Let kæde: Dette er det største ark nogensinde lavet af et metamateriale, der kan bøje nær-infrarødt lys bagud.
Alle har måske bekvemt været i den position, at de ikke har kunnet lave nok [metamateriale] til at gøre noget ved det, siger John Rogers , professor i materialevidenskab og teknik ved University of Illinois i Urbana-Champaign, som udviklede den nye trykmetode. Metamaterialer, der interagerer med synligt lys, er tidligere ikke blevet lavet i stykker større end hundredvis af mikrometer.
Metamaterialer er lavet af indviklet mønstrede lag, ofte af metaller. Mønstrene skal være i samme skala som bølgelængden af det lys, de er designet til at interagere med. I tilfælde af synligt og nær-infrarødt lys betyder det funktioner på nanoskalaen. Forskere har lavet disse materialer med så tidskrævende metoder som elektronstrålelitografi.
Rogers har udviklet en frimærkebaseret printmetode til at generere store stykker af et af de mest lovende typer metamateriale, som kan få nær-infrarødt lys til at bøje den forkerte vej, når det passerer igennem. Materialer med dette såkaldte negative brydningsindeks er særligt lovende til fremstilling af superlinser, usynlighedskapper for nattesyn og sofistikerede bølgeledere til telekommunikation.
Illinois-gruppen starter med at støbe et hårdt plastikstempel, der er dækket af et hævet netmønster. Stemplet placeres derefter i et fordampningskammer og belægges med et offerlag, efterfulgt af skiftende lag af metamaterialets ingredienser - sølv og magnesiumfluorid - for at danne et lagdelt net på stemplet. Stemplet placeres derefter på en plade af glas eller fleksibel plast, og offerlaget ætses væk, og overfører det mønstrede metal til overfladen. Indtil videre siger Rogers, at han har lavet metamaterialeark nogle få inches per side, men ved at bruge mere end et frimærke forventer han at øge det til kvadratfod. Og, siger han, de stemplede materialer har faktisk bedre optiske egenskaber end metamaterialer lavet ved hjælp af traditionelle metoder.
Let mesh: Det store metamateriale består af et lagdelt mesh af metaller mønstret på nanoskalaen.
Vi kan nu slå gigantiske ark ud af det her, siger Rogers. At lave formen til stemplet er omhyggelig, men når først den form er lavet, tager det ikke lang tid at lave mange genbrugelige stempler.
Xiang Zhang, formand for maskinteknik ved University of California, Berkeley, siger, at dette arbejde repræsenterer et vigtigt skridt hen imod applikationer til optiske metamaterialer. Forskellige metamaterialer kunne gøres større ved denne metode, siger Zhang, som i 2008 skabte det design, som Rogers brugte til denne første demonstration. For eksempel kan makroskala 2-D linser og kapper være mulige, og muligvis også solkoncentratorer. En potentiel anvendelse er i linser, der integrerer flere funktioner i enkelte enheder, til telekommunikation og billedbehandling.
Denne printteknik er ret kraftfuld og har potentiale til at skalere til meget store områder, siger Nicholas Fang , en lektor i maskinteknik ved MIT. Fang siger, at denne type metamateriale ville være særligt interessant for infrarøde billedbehandlingsenheder.