Изготовление метаматериалов с использованием метода вытяжки

Эта процедура направлена на недорогое производство метаматериалов в потенциально промышленных масштабах. Сначала изготовьте трубку оболочки из ПММА в первичной вытяжке. Затем добавьте индий в отверстие и вытяните волокно, наполненное индием, используя процесс первичной вытяжки.

Соберите сложенную индо, наполненную преформу и колено в духовке при температуре 90 градусов Цельсия. Перейдите к процессу вторичного вытягивания, чтобы вытянуть сложенную форму с индийским начинкой в волокно. Полученные метаматериалы содержат провода размером пять микрон, разделенных 50 микронами, которые могут быть изготовлены недорого в потенциально промышленных масштабах и показывают плазмонный отклик в терагерцовом диапазоне частот.

Другие методы изготовления метаматериалов, такие как литографические, нано- и микропроизводственные технологии, являются дорогостоящими и могут производить образцы размером не менее нескольких сантиметров. Основное преимущество нашей технологии заключается в том, что мы можем изготавливать сотни метров метаматериалов в виде волокон. Это позволяет нам решать важные вопросы в этой области, такие как возможность производства метаматериалов и их технологически и практически соответствующие количества.

Конкретный метод, который мы здесь демонстрируем, позволяет получить метаматериалы с плазмонным откликом в тегерцах. В принципе, процесс может быть масштабирован до наномасштаба, что дает метаматериалы с откликом в видимом спектре. Вдохновением для этого метода послужила наша более ранняя работа по рисованию волокон с внутренними электродами для создания электрооптических модуляторов.

Недавно мы поняли, что эта методика значительно расширилась, может быть использована для создания метаматериалов. Изготовление метаматериалов путем вытягивания преформ из уложенных волокон с индийским наполнителем является трудным для изучения. Мы надеемся, что эта визуальная демонстрация покажет, как выглядят различные элементы и какие условия необходимы для прорисовки этих сложных структур в микронном масштабе.

Демонстрировать этот процесс будут инженер Ричард Луин и аспирант Алессандро Т. из нашей исследовательской группы. Этот метод изготовления метаматериалов включает в себя два этапа черчения, каждый из которых включает в себя миниатюризацию. Макроскопический объект, называемый преформой, путем вытягивания его в печи в нить.

Процесс первичной вытяжки используется для растягивания или втулки преформ с наружным диаметром более одного миллиметра. В качестве ориентира используйте основные условия чертежа в таблице 1 сопроводительного текста Чтобы загрузить форму на волочильный терминал. Прижмите верхний удлинитель к трехкулачковому патрону, подайте преформу в горячую зону печи и выровняйте ее с помощью микрометрового столика XY.

Затем закройте верхнюю плиту печи. Увеличьте температуру до 185 градусов по Цельсию. Начните подачу со скоростью пять миллиметров в минуту.

Скорость вытяжки составляет шесть миллиметров в минуту и закройте зажимы тягового блока. Отслеживайте поведение натяжения натяжения с течением времени. Если оплетка, то требуется вакуум.

Прикрепите вакуумную трубку к вакуумному уплотнительному наполнителю верхней формы с помощью синей закрепки. Запустите узлы подачи и вытяжки, а затем примените вакуум, контролируйте температуру печи и соотношение между скоростью подачи и вытяжки для поддержания постоянного внешнего диаметра и напряжения волочения. Колодец. Трубка оболочки из полиметилметакрилата, используемая для структурирования одномиллиметровой проволоки из индия, производится путем растяжения и оплетки.

Стандартные трубки из ПММА в процессе первичной вытяжки для производства окончательной трубки оболочки из ПММА диаметром один миллиметр и внешний диаметр 12 миллиметров. Сначала отрежьте 600 миллиметровых трубок из ПММА с внутренним диаметром шесть миллиметров и внешним диаметром 12 миллиметров. Подготовьте несколько трубок из ПММА для дальнейшего использования во время процесса сна.

Поместите трубки из ПММА в печь для отжига при температуре 90 градусов Цельсия минимум на пять дней. После того как трубки Anil остынут до комнатной температуры, очистите поверхность трубки из ПММА салфетками с изопропанолом и дайте высохнуть. Далее прикрепите трубку из ПММА к верхнему удлинителю с помощью светоотражающей ленты.

Также прикрепите трубку из ПММА к первичному удлинителю втягивающего дна. Теперь мы вытягиваем трубку из ПММА от внешнего диаметра от 12 до шести миллиметров в процессе первичного волочения, показанном ранее. Нагрейте одну сторону получившейся трубки термофеном и вставьте ее в новую трубку из ПММА.

Чтобы создать трубу из ПММА в сборе, загерметизируйте нижний зазор между растянутой трубой и новой трубой из ПММА в сборе. С помощью ленты из ПТФЭ прикрепите верхний конец трубки из ПММА к верхнему удлинителю с помощью внутреннего слоя липкой ленты, среднего слоя ленты из ПТФЭ и внешнего слоя светоотражающей ленты. Убедитесь, что лента из ПТФЭ плотно затянута и все зазоры между сборкой ПММА и верхним удлинителем герметизированы, растянуты и рукава.

Полученная в результате сборка трубки из ПММА в процессе первичной вытяжки в вакууме, как показано ранее, с наружного диаметра от 12 мм до шести мм, в результате чего отношение внутреннего диаметра к внешнему диаметру составляет приблизительно 0,25. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока окончательная трубка оболочки из ПММА не будет иметь отношение внутреннего к внешнему диаметру примерно 0,1 с внутренним диаметром один миллиметр. Процесс вторичной вытяжки используется для растягивания преформ до внешнего диаметра менее одного миллиметра.

При достижении температуры волочения заготовка начинает выходить из печи горлышком вниз из-за веса нижнего удлинителя. Обеспечивая начальное усилие волочения, начните со скорости подачи от 2,5 до пяти миллиметров в минуту и начните с повышения температуры печи до 170 градусов Цельсия. Затем медленно повышайте температуру от 2,5 до пяти градусов Цельсия до 220 градусов Цельсия.

Чтобы контролировать скорость выпадающего падения, поддерживайте диаметр волокна на уровне от 250 до 500 микрон. Чтобы предотвратить обрыв волокна, прикрепите волокно к колесу кабестана, которое вращается со скоростью менее одного метра в минуту. Намотайте волокно на колеса танцора и прикрепите к катушке с волокном.

Используйте условия вторичного волочения в сопроводительной рукописи в качестве руководства для получения устойчивых условий волочения и окончательных размеров волокна Чтобы поддерживать постоянный внешний диаметр и натяжение волочения, контролируйте температуру печи и соотношение между подачей и скоростью волочения. Проволока из индия диаметром в один миллиметр теперь будет оболотана и растянута в трубке оболочки из ПММА в процессе вторичного волочения для получения волокна с индийским наполнителем диаметром один миллиметр, разрезать индийскую проволоку на длину 550 миллиметров и вставить в трубку оболочки из ПММА для создания сборки преформы, наполненной индием, растянуть и обернуть заполненную сборку преформы в процессе вторичного волочения с вакуумом, чтобы получить волокно, наполненное индио. конечный внешний диаметр. Один миллиметр тянется под напряжением от 15 до 20 грамм.

После завершения процесса вытягивания извлеките катушку с волокном, наполненным индием, с башни, осмотрите торец и по продольной длине волокна, наполненного индио, под световым микроскопом. Проблемные дефекты могут включать разделение между индиевой проволокой и интерфейсом трубки PMA, колебания большого диаметра или трещины разрушения по длине пучка волокон, многие волокна, заполненные индием, с помощью резиновых лент и вставленные в предварительно сформированную оболочечную трубку из ПММА, гарантируя, что волокна прямые и плотно прилегают, растягиваются и втягиваются. Уложенная преформа в сборе в процессе вторичного волочения с вакуумом позволяет сделать индийское уложенное волокно конечного внешнего диаметра 0,6 миллиметра и вытянутое под напряжением 80 граммов.

Желаемым продуктом является волокно метаматериала, содержащее проволоки размером пять микрон, разделенных 50 микронами. На этой схеме поперечного сечения оболочки с несколькими рукавами показана одна проволока Inio, заключенная в три последовательные трубки из ПММА с оболочкой. Заготовка из одномиллиметрового волокна ПММА содержит непрерывную индиевую проволоку диаметром 100 микрон.

Это изображение под микроскопом представляет собой пример поперечного сечения волокна метаматериала с плазмонным откликом в терагерцовом диапазоне. Плазмонный отклик проявляется таким образом, что на низких частотах материал ведет себя как металл, а на высоких частотах — как диэлектрик, причем частоты плазмы определяют границу между этими двумя формами поведения. Экспериментальные измерения характеризуют этот тип волокна, нарисованный в трех различных измерениях.

В обоих случаях очевидна зависимость частоты плазмы от диаметра. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изготавливать метаматериальные структуры недорого и потенциально в промышленных масштабах. Не забывайте протягивать индийские полевые волокна под высоким напряжением, чтобы предотвратить разрыв индийских волокон по длине волокна.

Это достигается за счет поддержания низкой температуры, что приводит к высокой вязкости полимера и, таким образом, сохранению структуры, содержащей жидкий металл.