211service.com
Een praktische manier om onzichtbaarheidsmantels te maken
Een nieuwe printmethode maakt het mogelijk om grote vellen metamaterialen te produceren, een nieuwe klasse materialen die zijn ontworpen om met licht te interageren op een manier die natuurlijke materialen niet kunnen. Sinds enkele jaren hebben onderzoekers die aan deze materialen werken, onzichtbaarheidsmantels, superlenzen met ultrahoge resolutie en andere exotische optische apparaten beloofd, rechtstreeks uit de pagina's van sciencefiction. Maar de materialen waren beperkt tot kleine laboratoriumdemonstraties omdat er geen manier was om ze in voldoende grote hoeveelheden te maken om een praktisch apparaat te demonstreren.
Licht schering: Dit is de grootste plaat ooit gemaakt van een metamateriaal dat nabij-infrarood licht naar achteren kan buigen.
Iedereen heeft, misschien gemakshalve, in de positie verkeerd om niet genoeg [metamateriaal] te kunnen maken om er iets mee te doen, zegt John Rogers , een professor in materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, die de nieuwe drukmethode ontwikkelde. Metamaterialen die een interactie aangaan met zichtbaar licht zijn tot nu toe niet gemaakt in stukken groter dan honderden micrometers.
Metamaterialen zijn opgebouwd uit lagen met ingewikkelde patronen, vaak van metalen. De patronen moeten op dezelfde schaal liggen als de golflengte van het licht waarmee ze zijn ontworpen om te interageren. Bij zichtbaar en nabij-infrarood licht gaat het om kenmerken op nanoschaal. Onderzoekers hebben deze materialen gemaakt met tijdrovende methoden als elektronenstraallithografie.
Rogers heeft een op postzegels gebaseerde printmethode ontwikkeld voor het genereren van grote stukken van een van de meest veelbelovende soorten metamateriaal, waardoor nabij-infrarood licht de verkeerde kant op kan buigen wanneer het er doorheen gaat. Materialen met deze zogenaamde negatieve brekingsindex zijn bijzonder veelbelovend voor het maken van superlenzen, onzichtbaarheidsmantels voor nachtzicht en geavanceerde golfgeleiders voor telecommunicatie.
De Illinois-groep begint met het vormen van een harde plastic stempel die is bedekt met een verhoogd visnetpatroon. De stempel wordt vervolgens in een verdampingskamer geplaatst en bedekt met een opofferingslaag, gevolgd door afwisselende lagen van de metamateriaalingrediënten - zilver en magnesiumfluoride - om een gelaagd gaas op de stempel te vormen. De stempel wordt vervolgens op een glasplaat of flexibel plastic geplaatst en de opofferingslaag wordt weggeëtst, waardoor het patroonmetaal naar het oppervlak wordt overgebracht. Tot nu toe zegt Rogers dat hij metamateriaalvellen heeft gemaakt van enkele centimeters per zijde, maar door meer dan één stempel te gebruiken, verwacht hij dat aantal te vergroten tot vierkante voet. En, zegt hij, de gestempelde materialen hebben eigenlijk betere optische eigenschappen dan metamaterialen die met traditionele methoden zijn gemaakt.
Licht gaas: Het metamateriaal met een groot oppervlak bestaat uit een gelaagd netwerk van metalen met een patroon op nanoschaal.
We kunnen nu gigantische vellen van dit spul eruit knallen, zegt Rogers. Het maken van de mal voor de stempel is een zorg, maar als die mal eenmaal is gemaakt, duurt het niet lang om veel herbruikbare stempels te maken.
Xiang Zhang, voorzitter van werktuigbouwkunde aan de University of California, Berkeley, zegt dat dit werk een belangrijke stap is in de richting van toepassingen voor optische metamaterialen. Met deze methode zouden verschillende metamaterialen groter kunnen worden gemaakt, zegt Zhang, die in 2008 het ontwerp maakte dat Rogers voor deze eerste demonstratie gebruikte. Zo zijn bijvoorbeeld 2D-lenzen en mantels op macroschaal mogelijk, en mogelijk ook zonneconcentratoren. Een mogelijke toepassing is in lenzen die meerdere functies integreren in afzonderlijke apparaten, voor telecommunicatie en beeldvorming.
Deze printtechniek is behoorlijk krachtig en kan worden geschaald naar zeer grote gebieden, zegt Nicholas Fang , een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan het MIT. Fang zegt dat dit type metamateriaal vooral interessant zou zijn voor infraroodbeeldvormingsapparatuur.