REVISÃO

Recentemente, uma equipe de engenheiros da Universidade de Tufts, nos Estados Unidos desenvolveu uma série de impressão 3D ultra-material, estes metamateriais têm um microondas única ou propriedades ópticas.

fundo

Metamaterial (Metamaterial), refere-se geralmente alcançado através da concepção de uma estrutura artificial, um material compósito com propriedades físicas excepcionais de materiais naturais não possuem. Por exemplo, o metamaterial pode manipular as ondas de luz, ondas sonoras, ondas electromagnéticas, de modo que muda a natureza geral, este efeito não é possível com os materiais convencionais. materiais exóticos derivada das propriedades únicas da super-estrutura e dimensões. Geralmente tem uma característica geométrica num padrão de repetição, o tamanho da microestrutura é menor do que o comprimento de onda da energia que pode ser detectado ou afectados.

Close-up fotos de metamateriais (Fonte: Timothy Sleasman)

Os materiais típicos incluem super-LHM, o cristal fotónica, material super-magnético, água e semelhantes metais, eles muitas vezes exibem "excepcional" em propriedades físicas tais como negativo permeabilidade, permissividade negativo, índice de refracção negativo.

Negativo diagrama de índice de refração (Fonte: Wikipedia)

Hoje, o metamaterial tornou-se muito popular e uma gama muito ampla de aplicações de tecnologia de ponta. As aplicações incluem metamateriais ópticos, equipamentos médicos, aeroespacial, sensor de monitoramento de infra-estrutura, gerenciamento de energia solar inteligente, radome, antena de radar, a tecnologia stealth acústico, utilização de calor residual, terahertz, microeletrônica, materiais absorventes, tecnologia holográfica .

Feito de metamaterial "ultrafinos invisibilidade pele manto" (Fonte: Berkeley Lab)

Sem ter de semicondutores dispositivos microeletrônicos feitas a partir de um metamaterial (Fonte: Universidade da Califórnia, San Diego aplicações Electromagnetics Grupo)

transmissor IR pode utilizar o calor residual produzido pelo metamaterial (Fonte: Referência [2])

Metamaterial que tem uma abertura em forma de cruz podem variar terahertz ângulo do feixe. (Fonte: Universidade da Califórnia, Los Angeles)

lente metamaterial Ultra composto do futuro será óculos mais leves e câmeras. (Fonte: Universidade de Columbia)

impressão 3D é uma tecnologia de prototipagem rápida. Baseia-se em um arquivo modelo digital, como o uso de metais em pó ou de plástico pode ser um material adesivo, para construir a camada de objectos por modo de impressão camada.

robô aranha com capacidades de impressão 3D (Fonte: Siemens)

impressão objeto 3D (Fonte: Mark Stone / Universidade de Washington)

No entanto, 3D imprimir nova tecnologia avança de tal forma que, em uma escala menor para criar formas mais metamaterial e padrões tornam-se possíveis.

inovação

Recentemente, Tufts University (Universidade Tufts) dos Estados Unidos equipe de engenheiros desenvolveu uma série de impressão 3D ultra-material. Estes ultra micro-ondas, ou materiais com propriedades ópticas únicas que para além dos materiais ópticos ou electrónicos tradicionais pode ser alcançado.

(Referência: [3] Fonte) de fabricação de fluxos esquemático

Tanto agora e no futuro, os investigadores desenvolveram um método para produzir uma apresentação de, a tecnologia de impressão 3D é esperado para expandir a gama de desenho geométrico e materiais compósitos, de levar o dispositivo com um romance propriedades ópticas. Em um caso, os investigadores inspirar-se composto traças olho, a criação de um hemisfério do tipo de dispositivo, capaz de absorver os comprimentos de onda seleccionados de sinais electromagnéticos a partir de qualquer direcção.

(Fonte: Hojat Nejad)

olhos compostos MEGO absorvedor (Fonte: A referência [3])

O estudo foi publicado em 8 de abril na Springer Nature publicou "Microsystems e Engenharia Nano (Microsystems e nanoengineering)" revistas.

tecnologia

Neste estudo, os investigadores no laboratório nano Tufts University descrevem um uso de impressão em 3D, o revestimento de metal e etching programa de fabrico híbrido, criar um comprimento de onda na gama das microondas, com geometrias complexas e novas funcionalidades metamateriais.

Por exemplo, eles criam uma micro-matriz de estruturas em forma de cogumelo, cada estrutura na parte superior da haste tem um pequeno ressonador de metal modelado. Este arranjo particular é tal que a frequência específica de microondas é absorvido, dependendo da geometria seleccionada "de cogumelo" e o seu espaçamento. Uso de tal sensor de metamaterial para o diagnóstico médico, uma antena de comunicação, um aplicativos detector de imagem tem um valor importante.

MEGO cilíndrica em forma de cogumelo (Fonte: A referência [3])

Outros autores desenvolveram este dispositivo inclui um refletor parabólico, que pode absorver seletivamente e transmitir uma frequência específica. Este conceito, combinando o reflexivo e filtrando capacidades para simplificar dispositivo óptico integrado.

Processo de fabrico MEGO objecto plano reflector (Fonte: A referência [3])

Professor Instituto de Engenharia Elétrica e de Computação na Universidade de Tufts, líder do laboratório de nanotecnologia, correspondendo autor deste papel Sameer Sonkusale disse: "A capacidade de recurso ultra-merge é material muito útil que podemos usar esses materiais para reduzir espectrômetros e outros. o tamanho óptica equipamentos de medição, de modo que eles podem ser projetados para estudos de campo portáteis ".

"3D processo de fabrico" de produto de ligação ao substrato subjacente "modelado processamento óptico ou electrónico" formado, autores que são referidos como "incorporado geométrica óptica metamaterial (MEGO)." 3D a tecnologia de impressão para criar um padrão de outras formas, tamanhos e as direcções podem ser usados MEGO contemplado por vias convencionais para a produção de difícil método implementado de criação de absorção, melhorar, ou um curvado reflectindo várias ondas.

Atualmente, uma gama de tecnologias podem ser usadas para a impressão 3D. O estudo utilizou corrente estereolitografia, que se concentrar a luz, a resina polimerizada fotocurável numa forma desejada. Outras técnicas de impressão em 3D, tal como a polimerização de dois fotões, pode fornecer-se a resolução de impressão 200 nm, produzindo um metamaterial mais fina, estes materiais podem ser detectadas e manipuladas sobre sinais electromagnéticos de comprimento de onda mais curtos, incluindo a luz visível, ou mesmo esperado.

valor

Graduação Sankusale Laboratory na Tufts University School of Engineering, líder autor do papel Aydin Sadeqi disse: "O potencial do 3D imprimir MEGO ainda não foi totalmente escavada para a nossa tecnologia existente pode fazer um monte de coisas, vai 3D tecnologia de impressão. a liberação enorme potencial ".

palavra chave

Metamateriais, impressão em 3D, olhos compostos

material de referência

[1] https://now.tufts.edu/news-releases/researchers-3d-print-metamaterials-novel-optical-properties

. [2] X Liu, W. J. Padilla, "reconfigurável temperatura ambiente metamaterial emissor de infravermelhos," Optica, Volume 4, Número 4, 430-433 (2017) DOI :. 10,1364 / optica.4.000430

[3] Sadeqi, A., Nejad, RH, Owyeung, RE, Sonkusale, S., "impressão tridimensional de óptica geométrica incorporados metamaterial," Microsystems & nanoengineering, (8 de Abril, 2019) :. DOI 10.1038 / s41378- 019-0053-6