Metamateriali Realizzazione tramite il metodo di disegno fibra

Questa procedura mira a fabbricare metamateriali a basso costo su scala potenzialmente industriale. Innanzitutto, fabbricare il tubo di rivestimento in PMMA nell'estrazione primaria. Quindi includi l'indio nel foro e disegna la fibra riempita di indio utilizzando un processo di estrazione primaria.

Assemblare l'indio impilato, la preforma riempita e un ginocchio in un forno a 90 gradi Celsius. Procedere con un processo di estrazione secondaria per trafilare la preforma impilata riempita di indio in una fibra. I metamateriali risultanti contengono fili di cinque micron separati da 50 micron che possono essere fabbricati a basso costo su scala potenzialmente industriale e mostrano una risposta plasmonica nell'intervallo di frequenza terahertz.

Altri metodi per fabbricare metamateriali, come le tecniche litografiche, di nanofabbricazione e di microfabbricazione, sono costosi e possono produrre campioni di dimensioni quasi di pochi centimetri. Il vantaggio principale della nostra tecnica è che possiamo fabbricare centinaia di metri di metamateriali in forma di fibra. Questo ci permette di affrontare importanti questioni sul campo, come ad esempio se i metamateriali possono essere fabbricati e quantità tecnologicamente e praticamente rilevanti.

Il particolare metodo che stiamo dimostrando qui produce metamateriali con una risposta plasmonica nel te hertz. In linea di principio, il processo può essere ridimensionato su scala nanometrica, producendo metamateriali con una risposta nello spettro visibile. L'ispirazione per questo metodo è stato il nostro precedente lavoro sul disegno di fibre con elettrodi interni per realizzare modulatori elettro-ottici.

Recentemente ci siamo resi conto che questa tecnica, notevolmente estesa, potrebbe essere utilizzata per creare metamateriali. Fabbricare metamateriali disegnando preforme di fibre caricate indiane impilate è difficile da imparare. Speriamo che questa dimostrazione visiva mostri l'aspetto dei vari elementi e le condizioni necessarie per disegnare queste strutture complesse fino alla scala dei micron.

A dimostrare questo processo saranno Richard Luin, un ingegnere, e Alessandro T, un dottorando del nostro gruppo di ricerca. Questo metodo di fabbricazione dei metamateriali prevede due fasi di disegno, ciascuna delle quali prevede la miniaturizzazione. Un oggetto macroscopico chiamato preforma che viene disegnato in una fornace in un filamento.

Il processo di trafilatura primaria viene utilizzato per allungare o sleeve preforme fino a un diametro esterno superiore a un millimetro. A titolo indicativo, utilizzare le condizioni di disegno primarie riportate nella tabella uno del testo allegato Per caricare la preforma sulla torre di trafilatura. Fissare l'estensore superiore al mandrino a tre griffe, inserire la preforma nella zona calda del forno e allinearla utilizzando il tavolino micrometrico XY.

Quindi chiudere la piastra superiore del forno. Aumentare la temperatura a 185 gradi Celsius. Avviare la velocità di avanzamento a cinque millimetri al minuto.

Tirare a sei millimetri al minuto e chiudere i morsetti dell'unità di trazione. Monitorare il comportamento della tensione di trazione nel tempo. In caso di guaina, è necessario il vuoto.

Collegare un tubo a vuoto all'estensore superiore della preforma sigillato sottovuoto utilizzando la puntina blu. Avviare le unità di alimentazione e di trazione, quindi applicare il monitoraggio del vuoto, monitorare la temperatura del forno e il rapporto tra le velocità di alimentazione e di trazione per mantenere costante il diametro esterno e la tensione di trafilatura. Bene. Il tubo di rivestimento in polimetilmetacrilato utilizzato per strutturare il filo di indio da un millimetro è prodotto mediante stiramento e guaina.

Tubi standard in PMMA nel processo di estrazione primaria per produrre un tubo di rivestimento finale in PMMA di un millimetro di diametro e 12 millimetri di diametro esterno. Per prima cosa si tagliano 600 millimetri di tubi in PMMA con un diametro interno di sei millimetri e un diametro esterno di 12 millimetri. Preparare diversi tubi in PMMA per un uso futuro durante il processo di sonno.

Metti i tubi di PMMA in un forno di ricottura a 90 gradi Celsius per un minimo di cinque giorni. Dopo che i tubi Anil si sono raffreddati a temperatura ambiente, pulire la superficie del tubo in PMMA con salviette di isopropanolo e lasciare asciugare. Quindi, fissare il tubo in PMMA all'extender superiore utilizzando del nastro riflettente.

Collegare anche il tubo in PMMA all'estensore del fondo di estrazione primario. Ora disegniamo il tubo in PMMA da un diametro esterno di 12 millimetri a sei millimetri nel processo di trafilatura primaria mostrato in precedenza. Crimpare a caldo un lato del tubo risultante con una pistola ad aria calda e inserirlo in un nuovo tubo in PMMA.

Per creare il gruppo tubo PMMA, sigillare lo spazio inferiore tra il tubo allungato e il nuovo gruppo tubo PMMA. Con il nastro in PTFE, fissare l'estremità superiore del gruppo tubo in PMMA all'extender superiore utilizzando uno strato interno di nastro adesivo, uno strato intermedio di nastro in PTFE e uno strato esterno di nastro riflettente. Assicurarsi che il nastro in PTFE sia ben stretto e che tutti gli spazi tra il gruppo due in PMMA e l'estensore superiore siano sigillati, elasticizzati e manicotti.

L'assemblaggio del tubo in PMMA risultante nel processo di estrazione primaria sotto vuoto, come mostrato in precedenza, da un diametro esterno di 12 millimetri a sei millimetri, con un rapporto diametro interno/diametro esterno di circa 0,25. Ripetere questo processo fino a quando il tubo di rivestimento finale in PMMA ha un rapporto tra diametro interno ed esterno di circa 0,1 con un diametro interno di un millimetro. Il processo di trafilatura secondaria viene utilizzato per stirare le preforme a un diametro esterno inferiore a un millimetro.

Quando viene raggiunta la temperatura di trafilatura, la preforma inizia a uscire dal forno a causa del peso dell'estensore inferiore. Fornendo la forza di trafilatura iniziale, iniziare la velocità di avanzamento da 2,5 a cinque millimetri al minuto e iniziare aumentando la temperatura del forno a 170 gradi Celsius. Quindi aumentare lentamente la temperatura da 2,5 a cinque gradi Celsius fino a 220 gradi Celsius.

Per controllare la velocità del menu a discesa, mantenere il diametro della fibra tra i 250 e i 500 micron. Per evitare che la fibra si spezzi, collegare la fibra alla ruota dell'argano che gira a una velocità lenta inferiore a un metro al minuto. Avvolgere la fibra attorno alle ruote ballerine e fissarla alla bobina della fibra.

Utilizzare le condizioni di trafilatura secondarie nel manoscritto di accompagnamento come guida per ottenere le condizioni di trafilatura allo stato stazionario e le dimensioni finali delle fibre Per mantenere costante il diametro esterno e la tensione di trafilatura, monitorare la temperatura del forno e il rapporto tra l'avanzamento e la velocità di trafilatura. Il filo di indio da un millimetro verrà ora rivestito e allungato nel tubo di rivestimento in PMMA nel processo di trafilatura secondaria per produrre una fibra riempita di indio senza un diametro di un millimetro, tagliare il filo di indio a lunghezze di 550 millimetri e inserirlo nel tubo di rivestimento in PMMA per creare l'assemblaggio della preforma riempito di indio, allungare e rivestire l'assemblaggio della preforma riempita nel processo di trafilatura secondaria con vuoto per realizzare una fibra riempita di indio un diametro esterno finale. Un millimetro disegnato sotto una tensione da 15 a 20 grammi.

Al termine del processo di aspirazione, rimuovere la bobina di fibra riempita di indio dalla torre, ispezionare la faccia terminale e lungo la lunghezza longitudinale della fibra riempita di Indio al microscopio ottico. I difetti problematici possono includere la separazione tra il filo di indio e l'interfaccia del tubo PMA, fluttuazioni nell'ampio diametro o crepe di frattura lungo il fascio di lunghezza della fibra, molte fibre riempite di indio utilizzando elastici e l'inserimento nel tubo di rivestimento preformato in PMMA, assicurando che le fibre siano diritte e aderenti, elastiche e manicotto. L'assemblaggio di preforme impilate nel processo di trafilatura secondaria con vuoto per realizzare fibre impilate di indio con diametro esterno finale di 0,6 millimetri e trafilate sotto 80 grammi di tensione.

Il prodotto desiderato è una fibra di metamateriale contenente fili di cinque micron separati da 50 micron. Questo schema della sezione trasversale di una guaina a maniche multiple mostra un singolo filo Indio rivestito in tre tubi PMMA con guaina successiva. La preforma di fibra PMMA da un millimetro contiene filo continuo di indio di 100 micron di diametro.

Questa immagine al microscopio è un esempio della sezione d'urto di una fibra di metamateriale con risposta plasmonica nell'intervallo dei terahertz. La risposta plasmonica si manifesta in modo tale che alle basse frequenze, il materiale si comporta come un metallo, e alle alte frequenze come un dielettrico, con le frequenze del plasma che definiscono il confine tra i due comportamenti. Misure sperimentali caratterizzano questo tipo di fibra disegnata in tre diverse dimensioni.

In entrambi i casi, la dipendenza della frequenza del plasma dal diametro è evidente. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare strutture di metamateriali in modo economico e su scala potenzialmente industriale. Ricordarsi di disegnare le fibre del campo indiano ad alta tensione per evitare che l'indiano si rompa lungo la lunghezza della fibra.

Ciò si ottiene mantenendo una bassa temperatura, che si traduce in un'elevata viscosità per il polimero, e quindi preserva la struttura che contiene il metallo liquido.