Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

Deze procedure heeft tot doel metamaterialen op een mogelijk industriële schaal te fabriceren tegen lage kosten. Eerst wordt de PMMA-mantelbuis in de primaire trek gefabriceerd. Vervolgens wordt het indium in het gat geplaatst en wordt de met indium gevulde vezel getrokken met behulp van een primaire trekproces.

Assembleer de gestapelde indio, gevulde voorvorm en een knie in een oven van 90 graden Celsius. Ga verder met een secundair trekproces om de gestapelde, met indium gevulde voorvorm in een vezel te trekken. De resulterende metamaterialen bevatten draden van vijf micron gescheiden door 50 micron die goedkoop op een mogelijk industriële schaal kunnen worden gemaakt en een plasmonische respons vertonen in het terahertzfrequentiebereik.

Andere methoden voor het fabriceren van metamaterialen, zoals lithografische, nano- en microfabricagetechnieken, zijn duur en kunnen monsters produceren die slechts enkele centimeters groot zijn. Het grote voordeel van onze techniek is dat we honderden meters metamaterialen in vezelvorm kunnen fabriceren. Dit stelt ons in staat om belangrijke vragen in het veld aan te pakken, zoals of metamaterialen kunnen worden gefabriceerd en technologisch en praktisch relevante hoeveelheden.

De specifieke methode die we hier demonstreren, levert metamaterialen op met een plasmonische respons in de te hertz. Het proces kan in principe worden geschaald naar de nanoschaal, waardoor metamaterialen met een respons in het zichtbare spectrum worden verkregen. De inspiratie voor deze methode was ons eerdere werk aan het trekken van vezels met interne elektroden om elektro-optische modulatoren te maken.

We realiseerden ons onlangs dat deze techniek aanzienlijk kan worden uitgebreid en kan worden gebruikt om metamaterialen te maken. Het fabriceren van metamaterialen door het trekken van voorvormen van gestapelde, met indium gevulde vezels is moeilijk te leren. We hopen dat deze visuele demonstratie zal laten zien hoe de verschillende elementen eruit zien en welke voorwaarden nodig zijn om deze complexe structuren te trekken tot micronschaal.

De demonstratie van dit proces zal Richard Luin, een ingenieur, en Alessandro T, een PhD-student uit onze onderzoeksgroep, zijn. Deze fabricagemethode van metamaterialen omvat twee stadia van trekken waarbij elk stadium miniaturisatie omvat. Een macroschoops object, genaamd voorvorm, wordt door trekken in een oven in een filament gebracht.

Het primaire trekproces wordt gebruikt om voorvormen uit te rekken of te sleeven tot een buitendiameter van meer dan een millimeter. Gebruik als richtlijn de primaire trekcondities in tabel één van de bijgevoegde tekst om de voorvorm op de trektoren te laden. Klem de bovenste verlengstuk op de drie-kakelaar, voer de voorvorm in de hete zone van de oven in en lijn deze uit met behulp van de XY-micrometertrap.

Sluit vervolgens de bovenplaat van de oven. Verhoog de temperatuur tot 185 graden Celsius. Begin met een voedingssnelheid van vijf millimeter per minuut.

Treksnelheid bij zes millimeter per minuut en sluit de trekeenheidklemmen. Bewaak het gedrag van de trekspanning in de loop van de tijd. Als u sleevet, is een vacuüm vereist.

Bevestig een vacuümbuis aan de vacuümverzegelde bovenste voorvormverlengstuk met behulp van blauwe tack. Start de voeding en trekeenheden en breng vervolgens vacuüm aan, bewaak de oventemperatuur en de verhouding tussen de voedings- en treksnelheden om een constante buitendiameter en de trekspanning te handhaven. De polymethylmethacrylaatmantelbuis die wordt gebruikt om de draad van één millimeter indium te structureren, wordt geproduceerd door uitrekken en sleeven.

Standaard PMMA-buizen in het primaire trekproces om een ​​uiteindelijke PMMA-mantelbuis van één millimeter in diameter en 12 millimeter buitendiameter te produceren. Snijd eerst 600 millimeter lange PMMA-buizen met een binnendiameter van zes millimeter en een buitendiameter van 12 millimeter. Bereid verschillende PMMA-buizen voor voor toekomstig gebruik tijdens het slaapproces.

Plaats de PMMA-buizen in een gloeioven op 90 graden Celsius gedurende minimaal vijf dagen. Nadat de Anil-buizen zijn afgekoeld tot kamertemperatuur, reinig het oppervlak van de PMMA-buis met isopropanoldoekjes en laat het drogen. Bevestig vervolgens de PMMA-buis aan de bovenste verlengstuk met reflecterend plakband.

Bevestig ook de PMMA-buis aan de onderste verlengstuk van de primaire trek. Nu trekken we de PMMA-buis van een buitendiameter van 12 millimeter naar zes millimeter in het eerder getoonde primaire trekproces. Verkrimp een zijde van de resulterende buis met een heteluchtpistool en plaats deze in een nieuwe PMMA-buis.

Om de PMMA-buissamenstelling te maken, verzegel de onderste opening tussen de uitgerekte buis en de nieuwe PMMA-buissamenstelling. Bevestig met PTFE-tape het bovenste uiteinde van de PMMA-buissamenstelling aan de bovenste verlengstuk met behulp van een binnenste laag plakband, een middelste laag PTFE-tape en een buitenste laag reflecterend plakband. Zorg ervoor dat de PTFE-tape strak zit en dat alle openingen tussen de PMMA-twee samenstelling en de bovenste verlengstuk zijn afgedicht, Uitrekken en sleeven.

De resulterende PMMA-buissamenstelling in het primaire trekproces onder vacuüm zoals eerder getoond, van een buitendiameter van 12 millimeter naar zes millimeter, resulterend in een verhouding tussen binnen- en buitendiameter van ongeveer 0,25. Herhaal dit proces totdat de uiteindelijke PMMA-mantelbuis een verhouding tussen binnen- en buitendiameter van ongeveer 0,1 heeft met een binnendiameter van één millimeter. Het secundaire trekproces wordt gebruikt om voorvormen uit te rekken tot een buitendiameter kleiner dan één millimeter.

Wanneer de trektemperatuur is bereikt, begint de voorvorm uit de oven te trekken vanwege het gewicht van de onderste verlengstuk. Geef de aanvankelijke trekkracht, start de voedingssnelheid bij 2,5 tot vijf millimeter per minuut en begin met het verhogen van de oventemperatuur tot 170 graden Celsius. Verhoog vervolgens de temperatuur langzaam met 2,5 tot vijf graden Celsius tot 220 graden Celsius.

Om de snelheid van de dropdown te beheersen, houdt u de vezeldiameter rond 250 tot 500 micron. Om te voorkomen dat de vezel snapt,