211service.com
Praktische onzichtbaarheidsmantels
Bron: Flexibel 3D optisch metamateriaal met negatieve index met groot oppervlak gevormd door nanotransferprinten
John Rogers et al.
Natuur Nanotechnologie 6 (7): 402-407
Resultaten: Onderzoekers hebben een op postzegels gebaseerde afdrukmethode ontwikkeld voor het genereren van grote vellen metamaterialen, een nieuwe klasse materialen die met licht interageren op manieren die in de natuur niet worden gezien. Ze hebben het gebruikt om vellen van een metamateriaal te maken die bijna negen centimeter per zijde meten, ordes van grootte groter dan voorheen mogelijk was. Tests toonden aan dat dit materiaal, dat licht naar achteren buigt, eigenlijk betere optische eigenschappen heeft dan materialen die met complexere methoden zijn gemaakt.
Dit verhaal maakte deel uit van ons septembernummer van 2011
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Waarom het uitmaakt: Kleinschalige experimenten suggereren dat metamaterialen kunnen worden gebruikt om onzichtbaarheidsmantels, microscopen met superhoge resolutie en andere exotische optische apparaten te maken. Maar tot nu toe zijn onderzoekers er niet in geslaagd dergelijke apparaten op praktische schaal te maken, omdat metamaterialen moeilijk en tijdrovend zijn om te maken. Trage, nauwkeurige methoden zoals elektronenstraallithografie zijn typisch gebruikt om ingewikkelde patronen op nanoschaal in de lagen van metalen en andere componenten waaruit deze materialen bestaan, te kerven. De grootste stukken die eerder werden geproduceerd waren slechts een paar honderd micrometer lang.
Methoden: De onderzoekers begonnen met het ontwerp voor een metamateriaal dat anderen een paar jaar geleden met langzamere methoden hadden geproduceerd. Ze maakten een stempel van hard plastic met het patroon dat door het ontwerp was bepaald. Daarna inkten ze de stempel in een verdampingskamer door verschillende dunne films af te zetten: eerst een opofferingslaag, dan lagen van het metaal en diëlektrische materialen waaruit het metamateriaal bestaat. Ten slotte plaatsten ze de stempel op een oppervlak en behandelden ze het chemisch om de opofferende laag op te lossen, waardoor het metamateriaal van de stempel werd bevrijd. De stempel werd weggetrokken, het metamateriaal op het oppervlak achterlatend. Elke stempel is herbruikbaar en niet duur om te maken.
Volgende stappen: De onderzoekers verwachten dat ze met meer dan één postzegel veel grotere metamateriaalvellen kunnen maken. De methode kan ook worden aangepast om te werken met andere ontwerpen van metamateriaal, maar de onderzoekers hopen dat andere wetenschappers het zullen gebruiken om grote hoeveelheden van dit specifieke materiaal te maken voor verhulling en andere toepassingen.
Transparante batterijen
Elektroden met functies die kleiner zijn dan het oog kan oplossen, kunnen leiden tot doorzichtige elektrische apparaten
Bron: Transparante lithium-ionbatterijen
Yi Cui et al.
Proceedings van de National Academies of Sciences, online gepubliceerd 25 juli 2011
Resultaten: Onderzoekers hebben volledig transparante batterijen gemaakt en deze gebruikt om een light-emitting diode van stroom te voorzien. De prototypes kunnen evenveel energie opslaan als een nikkel-cadmiumbatterij van hetzelfde volume.
Waarom het uitmaakt: Transparante batterijen zijn het laatste ontbrekende onderdeel dat nodig is om transparante displays en andere doorzichtige elektronische apparaten te maken. Onderzoekers hebben eerder transparante variaties gemaakt op andere belangrijke klassen van elektronica, waaronder transistors en de componenten die worden gebruikt om beeldschermen aan te sturen.
Methoden: De onderzoekers ontwierpen elektroden gemaakt van een gaas waarin alle lijnen in de orde van 50 micrometer zijn - kleiner dan zichtbaar is voor het menselijk oog, dus het resultaat lijkt transparant. Om de elektroden te maken, gebruikten ze eerst lithografie om een siliciumwafel in een mal met een verhoogd rasterpatroon te snijden. Vloeibaar PDMS, een helder, zacht polymeer, werd over de mal gegoten en weggepeld zodra deze stolde. Onderzoekers lieten vervolgens een oplossing met standaardmaterialen voor lithium-ionelektroden op het raster van smalle kanalen op het oppervlak van het PDMS-vel vallen. Capillaire werking trok de materialen in het vel totdat alle kanalen waren gevuld, waardoor het gaas ontstond. Ten slotte plaatsten de onderzoekers een heldere gelelektrolyt tussen twee elektroden en omhulden het hele systeem in een beschermende plastic verpakking.
Volgende stappen: De onderzoekers willen de energieopslag met een orde van grootte verbeteren - tot ongeveer 200 wattuur per liter - door de dikte van het polymeersubstraat te verminderen en de sleuven die de elektrodematerialen vasthouden te verdiepen.