Los metamateriales Fabricacion mediante el método de dibujo de fibra

Este procedimiento tiene como objetivo fabricar metamateriales de forma económica a una escala potencialmente industrial. Primero, fabrique el tubo de revestimiento de PMMA en el tiro primario. A continuación, incluya el indio en el agujero y extraiga la fibra rellena de indio mediante un proceso de extracción primaria.

Ensamble el indio apilado, la preforma rellena y una rodilla en un horno a 90 grados centígrados. Proceda con un proceso de estirado secundario para extraer la preforma rellena de indio apilado en una fibra. Los metamateriales resultantes contienen alambres de cinco micras separados por 50 micras que pueden fabricarse de forma económica a una escala potencialmente industrial y muestran una respuesta plasmónica en el rango de frecuencia de terahercios.

Otros métodos para fabricar metamateriales, como las técnicas litográficas, nano y de microfabricación, son caros y pueden producir muestras de unos pocos centímetros de tamaño. La principal ventaja de nuestra técnica es que podemos fabricar cientos de metros de metamateriales en forma de fibra. Esto nos permite abordar cuestiones importantes en el campo, como si se pueden fabricar metamateriales y cantidades relevantes desde el punto de vista tecnológico y práctico.

El método particular que estamos demostrando aquí produce metamateriales con una respuesta plasmónica en el te hertz. En principio, el proceso puede reducirse a la nanoescala, produciendo metamateriales con una respuesta en el espectro visible. La inspiración para este método fue nuestro trabajo anterior sobre el dibujo de fibras con electrodos internos para hacer electromoduladores ópticos.

Recientemente nos dimos cuenta de que esta técnica, ampliada significativamente, podría ser utilizada para crear metamateriales. La fabricación de metamateriales mediante el dibujo de preformas de fibras apiladas rellenas de indio es difícil de aprender. Esperamos que esta demostración visual muestre cómo se ven los diversos elementos y las condiciones requeridas para dibujar estas estructuras complejas a escala micrométrica.

Richard Luin, ingeniero, y Alessandro T, estudiante de doctorado de nuestro grupo de investigación, demostrarán este proceso. Este método de fabricación de metamateriales implica dos etapas de dibujo, donde cada etapa implica miniaturización. Un objeto macroscópico llamado preforma al introducirlo en un horno en un filamento.

El proceso de embutición primaria se utiliza para estirar o encamisar preformas hasta un diámetro exterior de más de un milímetro. Como guía, utilice las condiciones de dibujo principales de la tabla uno del texto adjunto Para cargar la preforma en la torre de extracción. Sujete el extensor superior al mandril de tres mordazas, introduzca la preforma en la zona caliente del horno y alinéela con la platina del micrómetro XY.

A continuación, cierre la placa superior del horno. Aumente la temperatura a 185 grados centígrados. Inicie la velocidad de avance a cinco milímetros por minuto.

Velocidad de extracción a seis milímetros por minuto y cierre las abrazaderas de la unidad de tracción. Supervise el comportamiento de la tensión de tracción a lo largo del tiempo. Si se trata de fundas, se requiere vacío.

Conecte un tubo de vacío al extensor de preforma superior sellado al vacío con tachuela azul. Encienda las unidades de alimentación y estirado y luego aplique vacío, controle la temperatura del horno y la relación entre las tasas de alimentación y extracción para mantener constantes el diámetro exterior y la tensión de estirado. Pozo. El tubo de revestimiento de polimetacrilato de metilo utilizado para estructurar el alambre de indio de un milímetro se produce mediante estiramiento y funda.

Tubos de PMMA estándar en el proceso de estirado primario para producir un tubo de revestimiento de PMMA final de un milímetro de diámetro y 12 milímetros de diámetro exterior. Primero corte tubos de PMMA de 600 milímetros con un diámetro interior de seis milímetros y un diámetro exterior de 12 milímetros. Prepare varios tubos de PMMA para su uso futuro durante el proceso de dormir.

Coloque los tubos de PMMA en un horno de recocido a 90 grados centígrados durante un mínimo de cinco días. Después de que los tubos de Anil se hayan enfriado a temperatura ambiente, limpie la superficie del tubo de PMMA con toallitas de isopropanol y deje secar. A continuación, fije el tubo de PMMA al extensor superior con cinta reflectante.

También conecte el tubo de PMMA al extensor inferior de extracción primario. Ahora extraemos el tubo de PMMA de un diámetro exterior de 12 milímetros a seis milímetros en el proceso de estirado primario que se muestra anteriormente. Engarce con calor un lado del tubo resultante con una pistola de aire caliente e insértelo en un nuevo tubo de PMMA.

Para crear el conjunto de tubo de PMMA, selle el espacio inferior entre el tubo estirado y el nuevo conjunto de tubo de PMMA. Con la cinta de PTFE, fije el extremo superior del conjunto de tubo de PMMA al extensor superior con una capa interna de cinta adhesiva, una capa intermedia de cinta de PTFE y una capa exterior de cinta reflectante. Asegúrese de que la cinta de PTFE esté apretada y que todos los espacios entre el ensamblaje de PMMA dos y el extensor superior estén sellados, elásticos y manguitos.

El ensamblaje de tubos de PMMA resultante en el proceso de estirado primario al vacío, como se mostró anteriormente, de un diámetro exterior de 12 milímetros a seis milímetros, lo que da como resultado una relación entre el diámetro interior y el diámetro exterior de aproximadamente 0,25. Repita este proceso hasta que el tubo de revestimiento de PMMA final tenga una relación de diámetro interior a exterior de aproximadamente 0,1 con un diámetro interior de un milímetro. El proceso de embutición secundaria se utiliza para estirar las preformas hasta un diámetro exterior inferior a un milímetro.

Cuando se alcanza la temperatura de estirado, la preforma comienza a salir del horno debido al peso del extensor inferior. Proporcionando la fuerza de extracción inicial, comience la velocidad de alimentación de 2,5 a cinco milímetros por minuto y comience aumentando la temperatura del horno a 170 grados Celsius. Luego aumente lentamente la temperatura de 2,5 a cinco grados centígrados hasta 220 grados centígrados.

Para controlar la velocidad del desplegable, mantenga el diámetro de la fibra alrededor de 250 a 500 micras. Para evitar que la fibra se rompa, conecte la fibra a la rueda del cabrestante que está girando a una velocidad lenta de menos de un metro por minuto. Enrolle la fibra alrededor de las ruedas bailarinas y conéctelas al carrete de fibra.

Utilice las condiciones de embutición secundarias en el manuscrito adjunto como guía para obtener las condiciones de estirado en estado estacionario y las dimensiones finales de la fibra Para mantener constantes el diámetro exterior y la tensión de estirado, controle la temperatura del horno y la relación entre la velocidad de alimentación y la velocidad de estirado. El alambre de indio de un milímetro ahora se enfundará y estirará en el tubo de revestimiento de PMMA en el proceso de estirado secundario para producir una fibra rellena de indio sin un diámetro de un milímetro, corte el alambre de indio a longitudes de 550 milímetros e insértelo en el tubo de revestimiento de PMMA para crear el conjunto de preforma relleno de indio, estire y encamisa el ensamblaje de preforma relleno en el proceso de dibujo secundario con vacío para hacer una fibra rellena de indio de un diámetro exterior final. Un milímetro estirado bajo una tensión de 15 a 20 gramos.

Una vez completado el proceso de extracción, retire el carrete de fibra rellena de indio de la torre, inspeccione la cara del extremo y a lo largo de la longitud longitudinal de la fibra rellena de indio bajo un microscopio óptico. Los defectos problemáticos pueden incluir la separación entre el alambre de indio y la interfaz del tubo de PMA, fluctuaciones en el diámetro ancho o grietas de fractura a lo largo del haz de longitud de la fibra, muchas fibras rellenas de indio que usan bandas elásticas e insertan en el tubo de revestimiento preformado de PMMA, asegurando que las fibras estén rectas y tengan un ajuste, estiramiento y manguito apretados. El ensamblaje de preformas apiladas en el proceso de estirado secundario con vacío para hacer fibra apilada de indio de diámetro exterior final de 0,6 milímetros y estirada bajo una tensión de 80 gramos.

El producto deseado es una fibra de metamaterial que contiene alambres de cinco micras separados por 50 micras. Este esquema de sección transversal de una cubierta de múltiples mangas muestra un solo alambre Indio envuelto en tres tubos de PMMA de camisa sucesivos. La preforma de la fibra de PMMA de un milímetro contiene alambre continuo de indio de 100 micras de diámetro.

Esta imagen de microscopio es un ejemplo de la sección transversal de una fibra de metamaterial con respuesta plasmónica en el rango de terahercios. La respuesta plasmónica se manifiesta de tal manera que a bajas frecuencias, el material se comporta como un metal, y a altas frecuencias como un dieléctrico, con las frecuencias del plasma definiendo el límite entre los dos comportamientos aquí. Las mediciones experimentales caracterizan este tipo de fibra dibujada en tres dimensiones diferentes.

En ambos casos, la dependencia de la frecuencia del plasma con el diámetro es evidente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar estructuras de metamateriales a bajo costo y a una escala potencialmente industrial. Recuerde dibujar las fibras del campo indio bajo alta tensión para evitar que el indio se rompa a lo largo de la longitud de la fibra.

Esto se logra manteniendo una temperatura baja, lo que da como resultado una alta viscosidad para el polímero y, por lo tanto, preserva la estructura que contiene el metal líquido.