Opdigte Metamaterialer Brug af Fiber Tegning Method

Summary

Metamaterialer på terahertz frekvenser giver unikke muligheder, men er udfordrende at fabrikere i løs vægt. Vi tilpasser fremstillingen procedure for mikrostrukturerede optiske fibre af polymermateriale til billigt fremstille metamaterialer potentielt i industriel målestok. Vi producerer polymethylmethacrylat fibre indeholdende ~ 10 um diameter indium tråde adskilt af ~ 100 um, som udviser en terahertz plasmoniske respons.

Abstract

Metamaterialer er menneskeskabte kompositmaterialer, fremstillet ved at samle komponenter er meget mindre end den bølgelængde, ved hvilken de opererer ^1. De skylder deres elektromagnetiske egenskaber af strukturen i deres vælgere, i stedet for de atomer, der udgør dem. For eksempel kan sub-bølgelængde metaltråde være indrettet til at have en effektiv elektrisk permittivitet, som enten er positiv eller negativ ved en given frekvens, i modsætning til metaller selv ^2. Denne hidtil uset kontrol over den opførsel af lys kan potentielt føre til en række nye enheder, såsom usynlighed kapper ^3, negative brydningsindeks materialer ^4, og linser, der løser objekter under diffraktionsgrænsen ^5. Men metamaterialer, der opererer på optiske, mid-infrarøde og terahertz frekvenser konventionelt fremstillet ved hjælp af nano-og mikro-fremstillingsteknikker, der er dyre og producere prøver, der er i de fleste et par centimetres i størrelse ^6-7. Her præsenterer vi en fabrikation metode til at producere flere hundrede meter af metaltråd metamaterialer i fiber form, som udviser en terahertz plasmoniske svar ^8. Vi kombinerer den stabel-og-trække teknik, der anvendes til fremstilling af mikrostrukturerede polymer optisk fiber ⁹ med Taylor-wire fremgangsmåde ^10, ved hjælp af indium ledninger inde i polymethylmethacrylat (PMMA) rør. PMMA er valgt, fordi det er let at håndtere, trækbare dielektrisk med egnede optiske egenskaber i terahertz regionen indium, fordi det har en smeltetemperatur på 156,6 ° C, hvilket er egnet til codrawing med PMMA. Vi omfatter en indium tråd på 1 mm i diameter og 99,99% renhed i en PMMA rør med 1 mm indre diameter (ID) og 12 mm udvendig diameter (OD), som er forseglet ved den ene ende. Røret evakueres og trækkes ned til en ydre diameter på 1,2 mm. Den resulterende fiber skæres derefter i mindre stykker, og stables i en større PMMA rør. Denne stak er forseglet ved den eneende og føres ind i en ovn, mens den hurtigt trækkes, reduktion af diameteren på strukturen med en faktor 10, og forøgelse af længden med en faktor 100. Sådanne fibre har træk på det mikro-og nanoteknologi, er i sagens natur fleksible, masse-producerbart og kan væves at udvise elektromagnetiske egenskaber, der ikke findes i naturen. De repræsenterer en lovende platform for en række nye enheder fra terahertz til optiske frekvenser, såsom usynlige fibre, vævet negative brydningsindeks klude og super-løse linser.

Protocol

Oversigt Den sammensatte indium / PMMA fiber (fig. 3) fremstilles ved at trække en stabel af PMMA fiber, herunder en enkelt indium wire (fig. 2), som selv skal fremstilles ud fra tilgængelige PMMA-rør og ledninger. De præsenterede trin er: Fremstil en PMMA fiber, der indeholder en enkelt indium tråd af diameter passende til manuel stabling. Til dette, forberede først en PMMA rør, der kan rumme en 1 mm indium tråd (afsnit 1), …

Representative Results

Metamaterial fibre blev fremstillet ved hjælp af den beskrevne teknik. De blev samlet fra en præform af 1 mm PMMA fiber indeholdende 100 um diameter kontinuerlige indium ledninger, der er vist i figur 2, som igen var selv blevet trukket fra en præform af 1 mm indium tråde indeholdt i en 10 mm polymer kappe, som er fremstillet ved sleeving passende størrelse polymer rør, som vist i diagrammet i figur 1.. Et mikroskop billede af tværsnittet af et eksempel på en metamaterial fiber …

Discussion

Teknikken præsenteres her tillader fremstilling af kilometer kontinuerlige tredimensionale metamaterialer med mikroskala funktionen størrelser, der besidder en plasmoniske svar (og dermed en skræddersyet elektrisk permittivitet) i THz området, effektivt opfører sig som et high-pass filter. Dette kan eksperimentelt karakteriseres ved anvendelse terahertz tidsdomæne spektroskopi ^11. Sådanne fiber-formede metamaterialer kan skæres og stables i bulkmaterialer at realisere et stort antal enheder, eller væ…

Materials

Name of Reagent/Material	Company	Catalogue Number	Comments
Indium 99.99% Wire, 1 mm diameter	AIM Specialty	Available on request	www.aimspecialty.com http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf
2-Propanol(Isopropanol)	Sigma-Aldrich	Product Number 190764	http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086
Adhesive tape	Staples
One Wrap PTFE Tape, 5 ml x 12 mmW x 0.2 mmT	RS Components	RS Stock Number 231-964	http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/
50 Micron Aluminium Foil Tape	Advance Adhesive Tapes	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
PMMA tubes: – ID 6 mm, OD 12 mm – ID 9 mm, OD 12 mm	B & M Plastics: Plastic Fabrication	Available on request	http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm
			Equipment Requirements
			Fibre draw tower with furnaces of maximum temperatures of at least 200 °C (Heathway Polymer Draw Tower with Preform and Fibre draw facilities). A photograph of the draw tower is shown in Figure 5. Annealing oven of maximum temperatures of at least 90 °C. Optical microscope. Hot air gun. Vacuum pump. Top preform extender (metal tube of 30 cm length and 12 mm diameter). Primary draw bottom extender (metal tube of 100 cm length and 12 mm diameter). Secondary draw bottom extender (PMMA tube of 20 cm length and 12 mm diameter).