Os metamateriais usando o método de fabricação Desenho de Fibra

Resumo

Metamateriais em frequências terahertz oferecem oportunidades únicas, mas são difíceis de fabricar em massa. Nós de adaptar o processo de fabricação de fibras ópticas microestruturadas de polímero de baixo custo, fabricar metamateriais potencialmente a uma escala industrial. Nós produzir fibras de polimetilmetacrilato contendo ~ 10 um de diâmetro de índio fios separados por ~ 100 pm, que exibem uma resposta terahertz plasmonic.

Resumo

Os metamateriais são materiais sintéticos compostos, fabricados pela montagem de componentes muito menores do que o comprimento de onda em que operam ^1. Eles devem suas propriedades electromagnéticas para a estrutura dos seus constituintes, em vez de os átomos que os compõem. Por exemplo, os fios de metal sub-comprimento de onda pode ser disposto de modo a possuir uma permissividade efectiva eléctrico que é positiva ou negativa a uma dada frequência, em contraste com os metais próprios ^2. Este controle sem precedentes sobre o comportamento da luz pode potencialmente levar a uma série de novos dispositivos, como capas de invisibilidade, ^três negativos materiais índice de refração ^4, e lentes que resolver objetos abaixo do limite de difração ^5. No entanto, os metamateriais ópticos, que operam em freqüências do infravermelho médio e terahertz são convencionalmente feitas usando nano e micro-fabricação técnicas que são caros e produzir amostras que estão em mais um cen poucostimetres em tamanho ^6-7. Aqui apresentamos um método de fabricação para produzir centenas de metros de metamateriais fio de metal em forma de fibra, que apresentam uma resposta terahertz plasmonic ^8. Combinamos a pilha e desenhar técnica utilizada para a produção de fibra de polímero microestruturada óptico ^9, com o processo de Taylor-fio ^10, a utilização de fios de índio dentro de polimetilmetacrilato (PMMA), os tubos. PMMA é escolhido porque é fácil de manusear, dielétrico drawable com boas propriedades ópticas da região terahertz; índio porque tem uma temperatura de fusão de 156,6 ° C, que é apropriado para codrawing com PMMA. Incluímos um fio de índio, de 1 mm de diâmetro e de pureza de 99,99% em um tubo de PMMA com 1 mm de diâmetro interno (ID) e 12 mm de diâmetro externo (OD), que está selado numa das extremidades. O tubo é evacuado e puxado para baixo até um diâmetro externo de 1,2 mm. A fibra resultante é então cortada em pedaços mais pequenos, e empilhados dentro de um tubo de PMMA maior. Esta pilha é selada numafinal e alimentados numa fornalha enquanto está a ser rapidamente elaborado, reduzindo o diâmetro da estrutura de um factor de 10, e o aumento do comprimento por um factor de 100. Estas fibras possuem características de micro-e nano-escala, são inerentemente flexível, produzível em massa, e pode ser tecido de exibir propriedades electromagnéticas que não são encontrados na natureza. Eles representam uma plataforma promissora para uma série de novos dispositivos de terahertz para frequências ópticas, tais como fibras, tecidos invisíveis panos de índice de refracção negativo e super-resolução de lentes.

Protocolo

Visão global

O compósito de índio / PMMA de fibra (Figura 3) é produzido através da elaboração de uma pilha de fibras acrílicas, incluindo um fio único de índio (Figura 2), os quais também têm de ser preparadas a partir de tubos e fios disponíveis PMMA. Os passos apresentados são:

1. Produzir uma fibra de PMMA que contém um fio de índio único de diâmetro adequado para o manual de empilhamento. Para isso, primeiro preparar um tubo de PMMA, que podem acomodar de 1 mm de fio de índio (Seção 1), em seguida, incluir o índio e atrair para o tamanho necessário (Seção 2).
2. Pilha e t....

Resultados

Metamaterial fibras foram produzidas utilizando a técnica descrita. Eles foi montado a partir de uma pré-forma de fibras de um milímetro de PMMA contendo 100 um de diâmetro de índio fios contínuos, mostrados na Figura 2, que por sua vez tinha sido retirado de si uma pré-forma de um fio de índio milímetros contidos dentro de um revestimento de 10 milímetros de polímero, que foi produzido sleeving por tubos de polímero de tamanho adequado, tal como mostrado no esquema da Figura 1. Uma ima.......

Discussão

A técnica aqui apresentada permite a fabricação de quilómetros de contínuas tridimensionais metamateriais com tamanhos característicos microescala, possuindo uma resposta plasmonic (e, portanto, uma permitividade eléctrica adaptada) na faixa THz, efectivamente a comportar como um filtro passa-alto. Isto pode ser experimentalmente caracterizadas através de espectroscopia de domínio de tempo terahertz ^11. Tais fibras em forma de metamateriais pode ser cortada e empilhada em materiais a granel, para realizar um .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente / Material	Companhia	Número de Catálogo	Comentários
Indium fio de 99,99%, 1 mm de diâmetro	Especialidade AIM	Disponível a pedido	www.aimspecialty.com http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf
2-Propanol (isopropanol)	Sigma-Aldrich	Número do produto 190764	http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086
Fita adesiva	Staples
Um enrole fita de PTFE, 5 ml x 12 x 0,2 mmt MMW	RS Components	RS Número de estoque 231-964	http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/
50 Micron fita de folha de alumínio	Avançar Fitas Adesivas	AT506	http://www.advancetapes.com/Products/types/9/page1/81
Blu-tak	Bostik		http://www.blutack.com/index.html
Araldite Quick Set	Selleys		http://selleys.com.au/adhesives/household-adhesive/araldite/quick-set
Tubos de PMMA: - ID 6 mm, diâmetro externo de 12 mm - ID 9 mm, 12 mm OD	B & M Plásticos: Fabricação de Plástico	Disponível a pedido	http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm
			Requisitos equipamentos
			Torre de fibra empate com fornos de temperaturas máximas de, pelo menos, 200 ° C (Heathway Polymer Sorteio Torre com pré-forma e instalações empate Fibra). Uma fotografia da torre tração é mostrado na Figura 5. Forno de recozimento de temperaturas máximas de, pelo menos, 90 ° C. Microscópio óptico. Pistola de ar quente. Bomba de vácuo. Extensor de pré-forma de topo (tubo de metal de 30 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro). A principal atraçãoextensor inferior (tubo de metal de 100 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro). Extensor de fundo secundário empate (PMMA tubo de 20 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro).