섬유 그리기 방법을 사용하여 제조 Metamaterials

이 절차는 잠재적으로 산업적 규모로 메타물질을 저렴하게 제조하는 것을 목표로 합니다. 먼저 1차 드로우에서 PMMA 재킷 튜브를 제작합니다. 그런 다음 구멍에 인듐을 포함하고 1차 인발 프로세스를 사용하여 인듐으로 채워진 섬유를 그립니다.

적층된 인디오, 채워진 프리폼과 무릎을 섭씨 90도 오븐에 조립합니다. 2 차 인듐 충전을 당기고 섬유로 예비 성형하기 위해 2 차 인화 공정을 진행하십시오. 생성된 메타물질에는 잠재적으로 산업적 규모로 저렴하게 제작할 수 있고 테라헤르츠 주파수 범위에서 플라즈몬 반응을 나타낼 수 있는 50미크론으로 분리된 5미크론의 와이어가 포함되어 있습니다.

리소그래피, 나노 및 미세 가공 기술과 같은 메타 물질을 제조하는 다른 방법은 비용이 많이 들고 크기가 몇 센티미터 인 샘플을 생산할 수 있습니다. 우리 기술의 주요 장점은 수백 미터의 메타 물질을 섬유 형태로 제작할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 우리는 메타물질이 제조될 수 있는지 여부와 기술적으로 실질적으로 관련된 수량과 같은 분야의 중요한 질문을 해결할 수 있습니다.

여기서 시연하는 특정 방법은 te 헤르츠에서 플라즈몬 반응을 가진 메타물질을 생성합니다. 이 공정은 원칙적으로 가시 스펙트럼의 반응을 가진 나노 단위의 생성 메타물질로 축소될 수 있습니다. 이 방법에 대한 영감은 전기 광학 변조기를 만들기 위해 내부 전극으로 섬유를 그리는 초기 연구에서 비롯되었습니다.

우리는 최근에 이 기술이 크게 확장되어 메타물질을 만드는 데 사용될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 적층된 인도산 섬유의 프리폼을 그려 메타물질을 제작하는 것은 배우기 어렵습니다. 우리는 이 시각적 시연을 통해 다양한 요소가 어떻게 생겼는지, 그리고 이러한 복잡한 구조를 미크론 규모로 끌어내리는 데 필요한 조건을 보여줄 수 있기를 바랍니다.

이 프로세스를 시연하는 것은 엔지니어인 Richard Luin과 우리 연구 그룹의 박사 과정 학생인 Alessandro T입니다. 이 메타 물질의 제조 방법은 각 단계마다 소형화가 포함되는 두 가지 드로잉 단계를 포함합니다. 프리폼(preform)이라고 불리는 거시적 물체는 용광로에서 필라멘트로 끌어당겨 만듭니다.

1차 드로우 프로세스는 프리폼을 1mm 이상의 외경까지 늘리거나 슬리브하는 데 사용됩니다. 지침으로, 함께 제공되는 텍스트 To load the preform을 draw tower에 로드하는 표 1의 기본 도면 조건을 사용하십시오. 3 개의 턱 물림쇠에 최고 연장자를 끼우고, 예비적 형성품을 퍼니스의 뜨거운 지역으로 먹이고 XY 마이크로미터 단계를 사용하여 맞춘다.

그런 다음 퍼니스의 상판을 닫습니다. 온도를 섭씨 185도로 높입니다. 분당 5mm에서 공급 속도를 시작하십시오.

분당 6mm의 드로잉 속도를 유지하고 드로우 유닛 클램프를 닫습니다. 시간이 지남에 따라 인장력이 당겨지는 동작을 모니터링합니다. 슬리브를 사용하는 경우 진공이 필요합니다.

파란색 압정을 사용하여 진공 밀봉 상단 프리폼 익스텐더에 진공관을 부착합니다. 피드 및 드로우 유닛을 시작한 다음 진공 모니터링을 적용하고 퍼니스 온도와 피드 및 인발 속도 간의 비율을 모니터링하여 일정한 외경과 인발 장력을 유지합니다. 잘. 1mm 인듐 와이어를 구조화하는 데 사용되는 폴리메틸 메타크릴레이트 재킷 튜브는 스트레칭과 슬리빙으로 생산됩니다.

1차 인발 공정의 표준 PMMA 튜브는 직경 1mm, 외경 12mm의 최종 PMMA 재킷 튜브를 생산합니다. 먼저 내경이 6mm이고 외경이 12mm인 600mm 길이의 PMMA 튜브를 절단합니다. 수면 과정에서 나중에 사용할 수 있도록 여러 PMMA 튜브를 준비합니다.

PMMA 튜브를 섭씨 90도의 어닐링 오븐에 최소 5일 동안 넣습니다. Anil 튜브가 실온으로 냉각된 후 이소프로판올 물티슈로 PMMA 튜브 표면을 청소하고 건조시킵니다. 그런 다음 반사 테이프를 사용하여 PMMA 튜브를 상단 익스텐더에 부착합니다.

또한 PMMA 튜브를 기본 드로우 하단 익스텐더에 부착합니다. 이제 앞서 보여준 기본 드로잉 과정에서 PMMA 튜브를 외경 12mm에서 6mm로 끌어냅니다. 생성된 튜브의 한쪽 면을 열풍총으로 가열하여 새 PMMA 튜브에 삽입합니다.

PMMA 튜브 어셈블리를 만들려면 늘어난 튜브와 새 PMMA 튜브 어셈블리 사이의 하단 간격을 밀봉합니다. PTFE 테이프를 사용하여 접착 테이프의 내부 층, PTFE 테이프의 중간 층 및 반사 테이프의 외부 층을 사용하여 PMMA 튜브 어셈블리의 상단 끝을 상단 확장기에 부착합니다. PTFE 테이프가 단단히 조여져 있고 PMMA 두 어셈블리와 상단 익스텐더 사이의 모든 간격이 밀봉되어 있는지 확인하십시오.

앞서 보여준 바와 같이 진공 상태에서 1차 인발 공정에서 PMMA 튜브 어셈블리가 12mm에서 6mm로 증가하여 내경 대 외경 비율이 약 0.25가 되었습니다. 최종 PMMA 재킷 튜브의 내경 대 외경 비율이 약 0.1이고 내경이 1mm가 될 때까지 이 과정을 반복합니다. 2차 인발 공정은 프리폼을 1mm 미만의 외경으로 늘리는 데 사용됩니다.

인발 온도에 도달하면 프리폼이 하단 익스텐더의 무게로 인해 용광로 밖으로 나오기 시작합니다. 초기 인발력을 제공하여 분당 2.5-5mm에서 공급 속도를 시작하고 용광로 온도를 섭씨 170도까지 높이는 것으로 시작합니다. 그런 다음 온도를 섭씨 2.5도에서 5도, 섭씨 220도까지 천천히 높입니다.

드롭다운의 속도를 제어하려면 파이버 직경을 약 250-500미크론으로 유지하십시오. 광섬유가 끊어지는 것을 방지하려면 분당 1미터 미만의 느린 속도로 회전하는 캡스턴 휠에 광섬유를 부착하십시오. 댄서 휠에 광섬유를 감고 섬유 스풀에 부착합니다.

함께 제공되는 원고의 2차 인발 조건을 지침으로 사용하여 정상 상태 인발 조건과 최종 섬유 치수를 구하십시오. 일정한 외경과 인발 장력을 유지하려면 퍼니스 온도와 이송 및 인발 속도 간의 비율을 모니터링하십시오. 1 밀리미터 인듐 와이어는 이제 직경 1 밀리미터없이 Indio 충전 섬유를 생산하기 위해 2 차 드로우 프로세스에서 PMMA 재킷 튜브에 슬리브 및 스트레칭되며, 인듐 와이어를 550 밀리미터 길이로 자르고 PMMA 재킷 튜브에 삽입하여 인듐 충전 프리폼 어셈블리를 생성하고, 2 차 드로잉 공정에서 채워진 프리폼 어셈블리를 진공으로 스트레치 및 슬리브하여 인디오 충전 섬유를 만듭니다. 최종 외경입니다. 1mm 1mm 15-20g 미만의 장력을 그립니다.

인발 과정이 완료된 후 타워에서 인듐으로 채워진 섬유의 스풀을 제거하고 광학 현미경으로 Indio 충전 섬유의 종방향 길이를 따라 끝면을 검사합니다. 문제가 되는 결함에는 인듐 와이어와 PMA 튜빙 계면 사이의 분리, 넓은 직경의 변동 또는 섬유 길이 번들을 따른 균열 균열, 고무 밴드를 사용하는 많은 인듐 충전 섬유 및 PMMA 예비 성형 재킷 튜브에 삽입하여 섬유가 직선이고 단단히 맞고 신축성 및 슬리브가 되도록 하는 것이 포함될 수 있습니다. 인듐을 만들기 위하여 진공을 가진 이차 그림 과정에 있는 겹쳐 쌓인 예비적 형성품 집합은 마지막 외부 직경 0.6 밀리미터 및 80 그램 이하 당겨진 긴장을 적재합니다.

원하는 생성물은 50미크론으로 분리된 5미크론 와이어를 포함하는 메타물질 섬유입니다. 다중 슬리브 재킷의 이 단면 회로도는 3개의 연속적인 재킷 PMMA 튜브에 슬리브된 단일 Indio 와이어를 보여줍니다. 1mm PMMA 섬유의 프리폼에는 직경 100미크론의 연속 인듐 와이어가 포함되어 있습니다.

이 현미경 이미지는 테라헤르츠 범위의 플라즈몬 반응을 가진 메타물질 섬유의 단면을 보여주는 예입니다. 플라즈몬 반응은 저주파에서는 물질이 금속처럼 행동하고 고주파에서는 유전체처럼 플라즈마 주파수가 여기에서 두 거동 사이의 경계를 정의하는 것처럼 나타납니다. 실험적 측정은 이 섬유 유형을 세 가지 다른 차원으로 특성화합니다.

두 경우 모두 직경에 대한 플라즈마 주파수 의존성이 명백합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 메타 물질 구조를 저렴하고 잠재적으로 산업적 규모로 제작하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 인디언이 섬유 길이를 따라 부서지는 것을 방지하기 위해 인디언 필드 섬유를 높은 장력으로 끌어당기는 것을 잊지 마십시오.

이는 낮은 온도를 유지함으로써 달성되며, 이는 폴리머의 점도를 높여 액체 금속을 포함하는 구조를 보존합니다.