افتعال يتعلق بما وارء باستخدام أسلوب الرسم الألياف

يهدف هذا الإجراء إلى تصنيع المواد الخارقة بتكلفة زهيدة على نطاق صناعي محتمل. أولا ، قم بتصنيع أنبوب الغلاف PMMA في السحب الأساسي. ثم قم بتضمين الإنديوم في الحفرة وارسم الألياف المملوءة بالإنديوم باستخدام عملية سحب أولية.

قم بتجميع التشكيل المكدس والمملوء والركبة في فرن 90 درجة مئوية. تابع عملية السحب الثانوية لرسم الإنديوم المكدس المملوء بالتشكيل في ألياف. تحتوي المواد الخارقة الناتجة على أسلاك من خمسة ميكرون مفصولة ب 50 ميكرون يمكن تصنيعها بتكلفة زهيدة على نطاق صناعي محتمل وتظهر استجابة بلازمونية في نطاق تردد تيراهيرتز.

الطرق الأخرى لتصنيع المواد الخارقة مثل تقنيات الطباعة الحجرية والنانوية والتصنيع الدقيق باهظة الثمن ويمكن أن تنتج عينات يبلغ حجمها بضعة سنتيمترات. الميزة الرئيسية لتقنيتنا هي أنه يمكننا تصنيع مئات الأمتار من المواد الخارقة في شكل ألياف. هذا يسمح لنا بمعالجة أسئلة مهمة في هذا المجال ، مثل ما إذا كان يمكن تصنيع المواد الخارقة والكميات ذات الصلة تقنيا وعمليا.

الطريقة الخاصة التي نوضحها هنا تنتج مواد خارقة ذات استجابة بلازمونية في te hertz. يمكن من حيث المبدأ تقليص العملية إلى المواد الخارقة التي تنتج النانو مع استجابة في الطيف المرئي. كان مصدر إلهام هذه الطريقة هو عملنا السابق في رسم الألياف بأقطاب كهربائية داخلية لصنع معدلات كهروضوئية.

لقد أدركنا مؤخرا أن هذه التقنية توسعت بشكل كبير ، ويمكن استخدامها لإنشاء المواد الخارقة يصعب تعلم تصنيع المواد الخارقة عن طريق رسم التشكيلات من الألياف الهندية المكدسة المملوءة. نأمل أن يظهر هذا العرض المرئي كيف تبدو العناصر المختلفة والشروط المطلوبة لرسم هذه الهياكل المعقدة إلى مقياس ميكرون.

سيظهر هذه العملية ريتشارد لوين مهندس ، وأليساندرو تي طالب دكتوراه من مجموعتنا البحثية. تتضمن طريقة تصنيع المواد الخارقة هذه مرحلتين من الرسم حيث تتضمن كل مرحلة التصغير. جسم عياني يسمى التشكيل عن طريق رسمه في فرن إلى خيوط.

تستخدم عملية السحب الأولية لتمديد أو التشكيلات إلى قطر خارجي أكبر من ملليمتر واحد. كدليل، استخدم شروط الرسم الأساسية في الجدول الأول من النص المصاحب لتحميل التشكيل على برج الرسم. قم بتثبيت الموسع العلوي على ظرف الفك الثلاثة ، وقم بتغذية التشكيل في المنطقة الساخنة للفرن وقم بمحاذاة ذلك باستخدام مرحلة XY ميكرومتر.

ثم أغلق اللوحة العلوية للفرن. ارفعي درجة الحرارة إلى 185 درجة مئوية. ابدأ معدل التغذية بمعدل خمسة ملليمترات في الدقيقة.

ارسم بمعدل ستة ملليمترات في الدقيقة وأغلق مشابك وحدة السحب. راقب سلوك توتر السحب بمرور الوقت. في حالة التغطيه ، فإن الفراغ مطلوب.

قم بتوصيل أنبوب مفرغ بموسع التشكيل العلوي المغلق بالفراغ باستخدام المسمار الأزرق. ابدأ وحدات التغذية والسحب ثم قم بتطبيق فراغ مراقبة درجة حرارة الفرن والنسبة بين معدلات التغذية والسحب للحفاظ على قطر خارجي ثابت وتوتر السحب. حسنا. يتم إنتاج أنبوب غلاف بولي ميثيل ميثاكريلات المستخدم في هيكلة سلك الإنديوم المليمتر الواحد عن طريق التمدد والتغطية.

أنابيب PMMA القياسية في عملية السحب الأولية لإنتاج أنبوب غلاف PMMA نهائي بقطر ملليمتر واحد وقطر خارجي 12 ملم. قم أولا بقطع 600 ملم من أنابيب PMMA بقطر داخلي يبلغ ستة ملليمترات وقطر خارجي 12 ملم. قم بإعداد العديد من أنابيب PMMA للاستخدام المستقبلي أثناء عملية النوم.

ضع أنابيب PMMA في فرن صلب على حرارة 90 درجة مئوية لمدة خمسة أيام على الأقل. بعد أن تبرد أنابيب Anil إلى درجة حرارة الغرفة ، قم بتنظيف سطح أنبوب PMMA بمناديل الأيزوبروبانول واتركها حتى تجف. بعد ذلك ، قم بتوصيل أنبوب PMMA بالموسع العلوي باستخدام شريط عاكس.

قم أيضا بتوصيل أنبوب PMMA بموسع أسفل السحب الأساسي. الآن نرسم أنبوب PMMA من قطر خارجي يتراوح من 12 ملم إلى ستة ملليمترات في عملية الرسم الأولية الموضحة سابقا. قم بتجعيد جانب واحد من الأنبوب الناتج بمسدس هواء ساخن وإدخاله في أنبوب PMMA جديد.

لإنشاء مجموعة أنبوب PMMA ، قم بإغلاق الفجوة السفلية بين الأنبوب الممتد ومجموعة أنبوب PMMA الجديدة. باستخدام شريط PTFE ، قم بتوصيل الطرف العلوي لمجموعة أنبوب PMMA بالموسع العلوي باستخدام طبقة داخلية من الشريط اللاصق ، وطبقة وسطى من شريط PTFE وطبقة خارجية من الشريط العاكس. تأكد من أن شريط PTFE محكم وأن جميع الفجوات بين تجميعي PMMA والموسع العلوي مغلقة ، وتمتد وأكمام.

مجموعة أنبوب PMMA الناتجة في عملية السحب الأولية تحت الفراغ كما هو موضح سابقا من قطر خارجي من 12 ملم إلى ستة ملليمترات ، مما ينتج عنه نسبة قطر داخلي إلى قطر خارجي تبلغ حوالي 0.25. كرر هذه العملية حتى يكون لأنبوب الغلاف النهائي PMMA نسبة قطر داخلي إلى خارجي تبلغ حوالي 0.1 بقطر داخلي يبلغ ملليمتر واحد. تستخدم عملية السحب الثانوية لتمديد التشكيلات إلى قطر خارجي أصغر من ملليمتر واحد.

عند الوصول إلى درجة حرارة الرسم ، يبدأ التشكيل في الخروج من الفرن بسبب وزن الموسع السفلي. عند توفير قوة السحب الأولية ، ابدأ معدل التغذية من 2.5 إلى خمسة ملليمترات في الدقيقة وابدأ بزيادة درجة حرارة الفرن إلى 170 درجة مئوية. ثم قم بزيادة درجة الحرارة ببطء بمقدار 2.5 إلى خمس درجات مئوية حتى 220 درجة مئوية.

للتحكم في سرعة القائمة المنسدلة ، حافظ على قطر الألياف حوالي 250 إلى 500 ميكرون. لمنع انقطاع الألياف ، قم بتوصيل الألياف بعجلة الكابستان التي تدور بمعدل بطيء يقل عن متر واحد في الدقيقة. قم بلف الألياف حول عجلات الراقصة وقم بتوصيلها ببكرة الألياف.

استخدم شروط الرسم الثانوية في المخطوطة المصاحبة كدليل للحصول على شروط الرسم في الحالة المستقرة وأبعاد الألياف النهائية للحفاظ على القطر الخارجي الثابت وشد الرسم ، راقب درجة حرارة الفرن والنسبة بين معدل التغذية والسحب. سيتم الآن تجليب سلك الإنديوم المليمتر الواحد وتمديده في أنبوب الغلاف PMMA في عملية السحب الثانوية لإنتاج ألياف مملوءة بالإنديوم بدون قطر ملليمتر واحد ، وقطع سلك الإنديوم إلى أطوال 550 ملم وإدخاله في أنبوب غلاف PMMA لإنشاء مجموعة التشكيل المملوءة بالإنديوم ، وتمديد وتكليف مجموعة التشكيل المملوءة في عملية الرسم الثانوية مع الفراغ لصنع ألياف مملوءة بالإنديوم من القطر الخارجي النهائي. واحد ملليمتر يسحب تحت 15 [تو] 20 غرام توتر.

بعد اكتمال عملية السحب ، قم بإزالة بكرة ألياف الإنديوم المملوءة من البرج ، وافحص الوجه النهائي وعلى طول الطول الطولي للألياف المملوءة بإنديو تحت مجهر ضوئي. يمكن أن تشمل العيوب الإشكالية الفصل بين سلك الإنديوم وواجهة أنابيب PMA ، والتقلبات في القطر العريض أو تشققات الكسر على طول حزمة الألياف ، والعديد من ألياف الإنديوم المملوءة باستخدام الأربطة المطاطية وإدخالها في أنبوب الغلاف المشكل مسبقا PMMA ، مما يضمن أن الألياف مستقيمة وذات ملاءمة ضيقة وتمتد وأكمام. مجموعة التشكيل المكدسة في عملية الرسم الثانوية مع الفراغ لصنع ألياف الإنديوم المكدسة ذات القطر الخارجي النهائي 0.6 ملم ومسحوب تحت 80 جراما من التوتر.

المنتج المطلوب عبارة عن ألياف خارقة تحتوي على خمسة أسلاك ميكرون مفصولة ب 50 ميكرون. يظهر هذا المقطع العرضي لسترة متعددة الأكمام سلك إنديو واحد بأكمام في ثلاثة أنابيب PMMA متتالية. تحتوي التشكيل من ألياف PMMA ملليمتر واحد على سلك إنديوم مستمر بقطر 100 ميكرون.

هذه الصورة المجهرية هي مثال على المقطع العرضي لألياف خارقة مع استجابة بلازمونية في نطاق تيراهيرتز. تتجلى الاستجابة البلازمونية بحيث تتصرف المادة مثل المعدن عند الترددات المنخفضة ، وعند الترددات العالية مثل العازل الكهربائي مع ترددات البلازما التي تحدد الحدود بين السلوكين هنا. تميز القياسات التجريبية هذا النوع من الألياف المرسومة إلى ثلاثة أبعاد مختلفة.

في كلتا الحالتين ، يكون اعتماد تردد البلازما على القطر واضحا. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع هياكل المواد الخارقة بتكلفة زهيدة وعلى نطاق صناعي محتمل. تذكر أن ترسم ألياف المجال الهندية تحت ضغط عال لمنع الهندي من التفكك على طول الألياف.

يتم تحقيق ذلك من خلال الحفاظ على درجة حرارة منخفضة ، مما ينتج عنه لزوجة عالية للبوليمر ، وبالتالي يحافظ على الهيكل الذي يحتوي على المعدن السائل.