制造超材料使用光纤拉丝法

该程序旨在以较低的成本制造潜在工业规模的超材料。首先，在初级抽吸中制造 PMMA 护套管。然后将铟加入孔中，并使用初级拉拔工艺拉出铟填充的纤维。

将堆叠的印第奥、填充的瓶坯和膝盖放入 90 摄氏度的烤箱中。继续进行二次拉丝过程，将堆叠的填充铟、预制件拉制成纤维。由此产生的超材料包含相隔 50 微米的 5 微米导线，这些导线可以在潜在的工业规模上以较低的成本制造，并在太赫兹频率范围内显示出等离子体响应。

其他制造超材料的方法，如光刻、纳米和微纳加工技术，价格昂贵，可以生产出大多数几厘米大小的样品。我们技术的主要优势是我们可以制造数百米的纤维形式的超材料。这使我们能够解决该领域的重要问题，例如是否可以制造超材料以及技术和实际相关的数量。

我们在这里演示的特定方法产生了在 te 赫兹中具有等离子体响应的超材料。原则上，该过程可以缩小到纳米级，产生在可见光谱中具有响应的超材料。这种方法的灵感来自我们早期的工作，即用内部电极拉取光纤来制造电光调制器。

我们最近意识到，这项技术得到了显著扩展，可用于创建超材料。通过绘制堆叠的印度填充纤维的预制件来制造超材料是很难学习的。我们希望这个视觉演示能够展示各种元素的样子，以及将这些复杂结构绘制到微米级所需的条件。

工程师 Richard Luin 将演示这一过程，我们研究小组的博士生 Alessandro T 将负责演示这一过程。这种超材料的制造方法涉及两个绘图阶段，每个阶段都涉及小型化。通过在炉中将其拉制成细丝，将其称为预制棒的宏观物体。

初级拉拔工艺用于将瓶坯拉伸或套标至大于 1 毫米的外径。作为指导，请使用随附文本 To load the preform to the drawing tower 的表 1 中的主要绘图条件。将顶部扩展器夹紧到三爪卡盘上，将瓶坯送入炉的热区，并使用 XY 千分尺平台对其进行对齐。

然后关闭炉子的顶板。将温度提高到 185 摄氏度。以每分钟 5 毫米的速度开始进给。

以每分钟 6 毫米的速度拉伸速率，然后关闭拉伸装置夹具。监控拉伸张力随时间的变化。如果套管，则需要真空。

使用蓝色初粘将真空管连接到真空密封的顶部预塑扩展器上。启动进料和拉伸装置，然后施加真空，监控炉温以及进料和拉伸速率之间的比率，以保持恒定的外径和拉伸张力。井。用于构建 1 毫米铟丝的聚甲基丙烯酸甲酯护套管是通过拉伸和套管制成的。

在初级拉制工艺中采用标准 PMMA 管，以生产直径为 1 毫米、外径为 12 毫米的最终 PMMA 护套管。首先切割 600 毫米长的 PMMA 管，内径为 6 毫米，外径为 12 毫米。准备几支 PMMA 管，以备将来在睡眠过程中使用。

将 PMMA 管放入 90 摄氏度的退火炉中至少放置 5 天。Anil 管冷却至室温后，用异丙醇湿巾清洁 PMMA 管表面并晾干。接下来，使用反光带将 PMMA 管连接到顶部扩展器上。

此外，将 PMMA 管连接到主拉底扩展器。现在，我们在前面显示的初级绘图过程中将 PMMA 管从 12 毫米的外径绘制到 6 毫米。用热风枪热压接所得管的一侧，然后将其插入新的 PMMA 管中。

要创建 PMMA 管组件，请密封拉伸管和新 PMMA 管组件之间的底部间隙。使用 PTFE 胶带，使用内层胶带、中间层 PTFE 胶带和外层反光胶带将 PMMA 管组件的顶端连接到顶部扩展器。确保 PTFE 胶带紧密，并且 PMMA 两个组件和顶部扩展器之间的所有间隙都已密封、拉伸和套管。

真空下进行一次拉伸过程中得到的 PMMA 管组件从 12 毫米到 6 毫米的外径，导致内径与外径之比约为 0.25。重复此过程，直到最终 PMMA 护套管的内外径比约为 0.1，内径为 1 毫米。二次拉伸工艺用于将瓶坯拉伸至小于 1 毫米的外径。

当达到拉伸温度时，由于底部扩展器的重量，预坯开始从炉中缩出。提供初始拉拔力，以每分钟 2.5 至 5 毫米的速度启动进料速度，然后从将炉温提高到 170 摄氏度开始。然后慢慢将温度升高 2.5 到 5 摄氏度，最高可达 220 摄氏度。

为了控制下拉的速度，请将纤维直径保持在 250 到 500 微米左右。为防止光纤折断，请将光纤连接到以每分钟不到 1 米的缓慢速度旋转的绞盘轮上。将纤维缠绕在浮轮上并连接到纤维线轴上。

使用随附手稿中的二次拉伸条件作为指导，获得稳态拉伸条件和最终纤维尺寸 为了保持恒定的外径和拉伸张力，请监控炉温以及进料和拉伸速率之间的比率。现在，在二次拉丝过程中，一毫米的铟丝将在 PMMA 护套管中套管中被套管和拉伸，以产生直径不超过 1 毫米的印第奥填充纤维，将铟丝切割成 550 毫米长并插入 PMMA 护套管中，形成铟填充的预制棒组件，在二次拉丝过程中用真空拉伸和套管填充的预制棒组件，以制造最终外径。在 15 至 20 克的张力下绘制 1 毫米。

拉丝过程完成后，从塔中取出填充铟的光纤线轴，在光学显微镜下检查端面和沿 Indio 填充光纤的纵向长度。有问题的缺陷可能包括铟丝和 PMA 管接口之间的分离、宽直径的波动或沿纤维束的断裂裂纹、许多使用橡皮筋填充的铟纤维并插入 PMMA 预制护套管中，确保纤维笔直且紧密配合、拉伸和套管。在二次拉丝过程中，用真空制造出最终外径为 0.6 毫米的铟叠层光纤，并在 80 克的拉力下拉制。

所需的产品是包含五根相隔 50 微米的细丝的超材料纤维。该多套管护套的横截面示意图显示了一根 Indio 线，该线套管由三个连续的护套 PMMA 管组成。一毫米 PMMA 纤维的预制棒包含直径为 100 微米的连续铟丝。

该显微镜图像是具有太赫兹级等离子体响应的超材料纤维横截面的一个例子。等离激元响应的表现是这样的：在低频下，材料表现得像金属，在高频下表现得像电介质，等离子体频率定义了这两种行为之间的边界。实验测量表征了这种纤维类型被绘制成三个不同维度。

在这两种情况下，等离子体频率对直径的依赖性都是明显的。观看此视频后，您应该对如何以低成本和潜在的工业规模制造超材料结构有很好的了解。记得在高张力下拉取印度场纤维，以防止印度纤维沿纤维长度断裂。

这是通过保持低温来实现的，这会导致聚合物具有高粘度，从而保留包含液态金属的结构。