Praktiska osynlighetskappor

Källa: Flexibelt 3D-metamaterial med optiskt negativt index för stort område bildat av nanoöverföringsutskrift
John Rogers et al.
Naturens nanoteknik 6 (7): 402-407

Resultat: Forskare har utvecklat en stämpelbaserad tryckmetod för att generera stora ark av metamaterial, en ny klass av material som interagerar med ljus på sätt som inte syns i naturen. De har använt det för att göra ark av ett metamaterial som mäter nästan nio centimeter per sida, storleksordningar större än vad som tidigare varit möjligt. Tester visade att detta material, som böjer ljus bakåt, faktiskt har bättre optiska egenskaper än material tillverkade med mer komplexa metoder.

Den här historien var en del av vårt septembernummer 2011

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Varför det är viktigt: Småskaliga experiment tyder på att metamaterial kan användas för att göra osynlighetskappor, superhögupplösta mikroskop och andra exotiska optiska enheter. Men hittills har forskare inte kunnat skapa sådana enheter i praktisk skala eftersom metamaterial är svåra och tidskrävande att tillverka. Långsamma, exakta metoder som elektronstrålelitografi har vanligtvis använts för att skära in komplicerade mönster i nanoskala i lagren av metaller och andra komponenter som utgör dessa material. De största bitarna som tidigare tillverkats var bara ett par hundra mikrometer långa.

Metoder: Forskarna började med designen av ett metamaterial som andra hade producerat för några år sedan, med långsammare metoder. De gjorde en hårdplaststämpel mönstrad med det rutnät som designen stipulerade. Sedan färgade de stämpeln i en förångningskammare genom att deponera flera tunna filmer: först ett offerlager, sedan lager av metallen och dielektriska material som utgör metamaterialet. Slutligen satte de stämpeln på en yta och kemiskt behandlade den för att lösa upp offerlagret, vilket befriade metamaterialet från stämpeln. Stämpeln drogs bort och lämnade metamaterialet kvar på ytan. Varje stämpel är återanvändbar och billig att tillverka.

Nästa steg: Forskarna förväntar sig att de genom att använda mer än ett frimärke kommer att kunna göra mycket större metamaterialark. Metoden kan också anpassas för att fungera med andra metamaterialdesigner, men forskarna hoppas att andra forskare kommer att använda den för att göra stora mängder av just detta material för cloaking och andra applikationer.

Genomskinliga batterier

Elektroder med funktioner som är mindre än ögat kan upplösa kan leda till genomskinliga elektriska enheter

Källa: Transparenta litiumjonbatterier
Yi Cui et al.
Proceedings of the National Academies of Sciences, publicerad online 25 juli 2011

Resultat: Forskare har tillverkat helt genomskinliga batterier och använt dem för att driva en lysdiod. Prototyperna kan lagra lika mycket energi som ett nickel-kadmiumbatteri av samma volym.

Varför det är viktigt: Transparenta batterier är den sista saknade komponenten som behövs för att göra transparenta skärmar och andra genomskinliga elektroniska enheter. Forskare har tidigare gjort transparenta varianter av andra stora klasser av elektronik, inklusive transistorer och komponenterna som används för att styra bildskärmar.

Metoder: Forskarna designade elektroder gjorda av ett nät där alla linjer är i storleksordningen 50 mikrometer - mindre än vad som är synligt för det mänskliga ögat, så resultatet verkar genomskinligt. För att tillverka elektroderna använde de först litografi för att skära en kiselwafer i en form med ett upphöjt rutmönster. Flytande PDMS, en klar, squishy polymer, hälldes över formen och skalades bort när den stelnat. Forskare släppte sedan en lösning innehållande standardmaterial för litiumjonelektroder på nätet av smala kanaler på ytan av PDMS-arket. Kapillärverkan drog in materialen i arket tills alla kanaler var fyllda, vilket skapade nätet. Slutligen klämde forskarna in en genomskinlig gelelektrolyt mellan två elektroder och inkapslade hela systemet i ett skyddande plastomslag.

Nästa steg: Forskarna vill förbättra energilagringen med en storleksordning - till cirka 200 wattimmar per liter - genom att minska tjockleken på polymersubstratet och fördjupa rännorna som håller elektrodmaterialen.

Dölj