211service.com
Ett praktiskt sätt att göra osynlighetskappor
En ny tryckmetod gör det möjligt att producera stora ark av metamaterial, en ny klass av material designade för att interagera med ljus på sätt som inga naturliga material kan. I flera år har forskare som arbetar med dessa material lovat osynlighetskappor, superlinser med ultrahög upplösning och andra exotiska optiska enheter direkt från science fiction-sidorna. Men materialen var begränsade till små laboratoriedemonstrationer eftersom det inte fanns något sätt att göra dem i tillräckligt stora mängder för att demonstrera en praktisk anordning.
Lätt varp: Detta är det största arket som någonsin gjorts av ett metamaterial som kan böja nära-infrarött ljus bakåt.
Alla har, kanske bekvämt, varit i den positionen att de inte har kunnat göra tillräckligt med [metamaterial] för att göra något med det, säger John Rogers , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign, som utvecklade den nya tryckmetoden. Metamaterial som interagerar med synligt ljus har tidigare inte gjorts i bitar större än hundratals mikrometer.
Metamaterial består av intrikat mönstrade lager, ofta av metaller. Mönstren måste vara i samma skala som våglängden på ljuset de är designade för att interagera med. När det gäller synligt och nära-infrarött ljus innebär detta funktioner på nanoskala. Forskare har tillverkat dessa material med så tidskrävande metoder som elektronstrålelitografi.
Rogers har utvecklat en stämpelbaserad utskriftsmetod för att generera stora bitar av ett av de mest lovande typerna av metamaterial, som kan få nära-infrarött ljus att böjas åt fel håll när det passerar igenom. Material med detta så kallade negativa brytningsindex är särskilt lovande för tillverkning av superlinser, mörkerseende osynlighetskappor och sofistikerade vågledare för telekommunikation.
Illinois-gruppen börjar med att forma en hårdplaststämpel som är täckt med ett upphöjt nätmönster. Stämpeln placeras sedan i en förångningskammare och beläggs med ett offerlager, följt av alternerande lager av metamaterialingredienserna - silver och magnesiumfluorid - för att bilda ett skiktat nät på stämpeln. Stämpeln placeras sedan på en skiva av glas eller flexibel plast och offerlagret etsas bort och överför den mönstrade metallen till ytan. Hittills säger Rogers att han har gjort metamaterialark några tum per sida, men genom att använda mer än en stämpel förväntar han sig att öka det till kvadratfot. Och, säger han, de stämplade materialen har faktiskt bättre optiska egenskaper än metamaterial gjorda med traditionella metoder.
Lätt mesh: Metamaterialet med stor yta består av ett skiktat nät av metaller mönstrade på nanoskala.
Vi kan nu slå ut gigantiska ark av det här, säger Rogers. Att göra formen för stämpeln är noggrann, men när den väl har skapats tar det inte lång tid att göra många återanvändbara stämplar.
Xiang Zhang, ordförande för maskinteknik vid University of California, Berkeley, säger att detta arbete representerar ett viktigt steg mot tillämpningar för optiska metamaterial. Olika metamaterial skulle kunna göras större med den här metoden, säger Zhang, som 2008 skapade designen som Rogers använde för denna första demonstration. Till exempel kan makroskaliga 2D-linser och kappor vara möjliga, och eventuellt även solkoncentratorer. En potentiell tillämpning är i linser som integrerar flera funktioner i enstaka enheter, för telekommunikation och bildbehandling.
Denna tryckteknik är ganska kraftfull och har potential att skala till mycket stora ytor, säger man Nicholas Fang , en docent i maskinteknik vid MIT. Fang säger att den här typen av metamaterial skulle vara särskilt intressant för infraröda bildenheter.