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研究人員利用3D打印超材料開發出新型光學設備

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年05月05日  

美國塔夫斯大學(TuftsUniversity)的工程師們使用3D打印的超材料(metamaterial)來開發新型的光學設備。

該研究發表在SpringerNature出版的《微系統與納米工程》(Microsystems&Nanoengineering)期刊上,展示了利用立體光刻技術(SLA)創建超材料嵌入式幾何光學(MEGOs)的方法。這些3D打印的結構能夠從所選波長的任何方向吸收電磁信號。

“利用超材料整合功能的能力,對于減小光譜儀和其他光學測量設備的尺寸非常有用,因此它們可以設計用于便攜式現場研究,”塔夫茨大學工程學院電氣和計算機工程教授SameerSonkusale說。

用于光學設備的3D打印超材料

此次3D打印的超材料結合了獨特的屬性,如電動和聲波操作、光學特性,以及壓力引起的形狀轉換。這些材料可以在低至200納米的分辨率下制造,這使得它們足夠小以處理波長的能量,因此可用于光學和醫療設備。

根據Tuft納米實驗室的研究人員的說法,雙光子聚合(TPP)和SLA等3D打印技術可以為制造更精細的超材料提供這樣的打印分辨率,這些超材料可以檢測和操縱包括可見光在內的電磁信號。

因此,該團隊使用FormlabsForm23D打印機,金屬涂層和蝕刻來制作具有復雜幾何形狀的超材料,用于微波范圍內的波長。在此基礎上,他們創建了一種半球形裝置,可以在選定波長的任何方向吸收電磁信號。這種設計靈感來源于飛蛾的復眼,它就是使用這種功能來檢測光線的。

MEGO結構制造過程的示意圖。在3D打印之后,結構涂覆有導電膏。

第二種方案是將濺射金屬放置在器件上,然后浸沒在蝕刻劑(腐蝕性化學品)中以除去襯底上的現有金屬。

作為增材制造的結果,可以設想各種形狀、尺寸和圖案取向以產生MEGO,其以比傳統制造方法改進的方式吸收、增強、反射或彎曲。

“MEGO3D打印的全部潛力尚未實現,”塔夫斯大學工程學院Sankusale實驗室研究生、該研究的主要作者AydinSadeqi補充道。“我們可以利用當前的技術做更多的事情,并且3D打印一定會由此衍生出巨大的潛力。”

“利用金屬圖案嵌入的大面積3D電介質打印技術,我們能夠設計和實現具有獨特功能的MEGO設備。”

研究人員認為,提高3D打印的分辨率將使MEGO設備在不久的將來進一步達到光學頻率的太赫茲波長。

研究成果《超材料嵌入式幾何光學(MEGO)的3D打印》(Three-dimensionalprintingofmetamaterialembeddedgeometricaloptics(MEGO))由AydinSadeqi、HojatollahRezaeiNejad、RachelE.Owyeung和SameerSonkusale共同撰寫。

此方法中使用以下組件:

-蘑菇狀超材料

-彎曲的廣角超材料吸收器/反射器

-頻率選擇性蛾眼半球吸收器

典型的超材料包括左手材料、光子晶體、超磁性材料、金屬水等,它們時常表現出“超常”的物理特性,例如負磁導率、負介電常數、負折射率等。

如今,超材料已經成為一項非常熱門且應用范圍極廣的前沿技術。超材料的應用領域包括光纖、醫療設備、特種航天、傳感器、基礎設施監控、智能太陽能管理、特種罩、特種天線、聲學隱身技術、廢熱利用、太赫茲、微電子、吸波材料、全息技術等。

無論是現在還是未來,研究人員們開發出的制造方法都表明,3D打印技術有望拓展幾何設計與復合材料的范圍,帶來具有新穎光學特性的設備。

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