Fiber Çizim Yöntemi Kullanma Fabricating meta malzeme

Bu prosedür, potansiyel olarak endüstriyel ölçekte metamalzemeleri ucuz bir şekilde üretmeyi amaçlamaktadır. İlk olarak, birincil çekişte PMMA kılıflama tüpünü imal edin. Daha sonra indiyumu deliğe dahil edin ve birincil çekme işlemi kullanarak indiyum dolgulu elyafı çizin.

İstiflenmiş indio, doldurulmuş preform ve bir dizini 90 derecelik bir fırında birleştirin. İstiflenmiş indiyum dolgulu, preformu bir elyaf haline getirmek için ikincil bir çekme işlemine devam edin. Elde edilen metamalzemeler, potansiyel olarak endüstriyel ölçekte ucuz bir şekilde üretilebilen ve terahertz frekans aralığında plazmonik tepki gösterebilen 50 mikron ile ayrılmış beş mikronluk teller içerir.

Litografik, nano ve mikrofabrikasyon teknikleri gibi metamalzemeleri üretmek için diğer yöntemler pahalıdır ve en fazla birkaç santimetre boyutunda numuneler üretebilir. Tekniğimizin en büyük avantajı, yüzlerce metre metamalzemeyi elyaf formunda üretebilmemizdir. Bu, metamalzemelerin üretilip üretilemeyeceği ve teknolojik ve pratik olarak ilgili miktarlar gibi alandaki önemli soruları ele almamızı sağlar.

Burada gösterdiğimiz özel yöntem, te hertz'de plazmonik bir tepkiye sahip metamalzemeleri verir. Süreç, prensip olarak, görünür spektrumda bir yanıt ile metamalzemeler veren nano ölçeğe kadar ölçeklendirilebilir. Bu yöntemin ilham kaynağı, elektro optik modülatörler yapmak için dahili elektrotlarla fiber çekme konusundaki önceki çalışmamızdı.

Son zamanlarda, bu tekniğin önemli ölçüde genişletildiğini, metamalzemeler oluşturmak için kullanılabileceğini fark ettik. İstiflenmiş Hint dolgulu liflerin preformlarını çizerek metamalzemeler üretmeyi öğrenmek zordur. Bu görsel gösterimin, çeşitli unsurların neye benzediğini ve bu karmaşık yapıları mikron ölçeğine indirmek için gereken koşulları göstereceğini umuyoruz.

Bu süreci gösteren bir mühendis olan Richard Luin ve araştırma grubumuzdan bir doktora öğrencisi olan Alessandro T olacak. Metamalzemelerin bu üretim yöntemi, her aşamanın minyatürleştirmeyi içerdiği iki çizim aşamasını içerir. Makroskopik bir nesne, bir fırında bir filament içine çizilerek preform olarak adlandırılır.

Birincil çekme işlemi, preformları bir milimetreden daha büyük bir dış çapa kadar germek veya manşonlamak için kullanılır. Bir kılavuz olarak, eşlik eden metinden birinci tablodaki birincil çizim koşullarını kullanın Preformu çekme kulesine yüklemek için. Üst genişleticiyi üç çeneli aynaya kelepçeleyin, preformu fırının sıcak bölgesine besleyin ve XY mikrometre aşamasını kullanarak hizalayın.

Ardından fırının üst plakasını kapatın. Sıcaklığı 185 santigrat dereceye yükseltin. Besleme hızını dakikada beş milimetre ile başlatın.

Dakikada altı milimetre hızında çekim yapın ve çekme ünitesi kelepçelerini kapatın. Çekme geriliminin zaman içindeki davranışını izleyin. Kılıf varsa, vakum gereklidir.

Mavi yapışma kullanarak vakumla kapatılmış üst preform genişleticiye bir vakum tüpü takın. Besleme ve çekme ünitelerini başlatın ve ardından vakum uygulayın, sabit dış çapı ve çekme gerilimini korumak için fırın sıcaklığını ve besleme ve çekme oranları arasındaki oranı izleyin. Kuyu. Bir milimetre indiyum telini yapılandırmak için kullanılan polimetil metakrilat kılıflama borusu, gerdirme ve kılıflama ile üretilir.

Bir milimetre çapında ve 12 milimetre dış çapta nihai bir PMMA kılıflama borusu üretmek için birincil çekme işleminde standart PMMA tüpleri. İlk olarak, altı milimetre iç çapa ve 12 milimetre dış çapa sahip 600 milimetre uzunluğundaki PMMA tüplerini kesin. Uyku işlemi sırasında ileride kullanmak üzere birkaç PMMA tüpü hazırlayın.

PMMA tüplerini en az beş gün boyunca 90 santigrat derecede bir tav fırınına koyun. Anıl tüpleri oda sıcaklığına soğuduktan sonra, PMMA tüpünün yüzeyini izopropanol mendillerle temizleyin ve kurumasını bekleyin. Ardından, yansıtıcı bant kullanarak PMMA tüpünü üst genişleticiye takın.

Ayrıca PMMA tüpünü birincil çekme alt genişleticisine takın. Şimdi PMMA tüpünü, daha önce gösterilen birincil çekme işleminde 12 milimetrelik bir dış çaptan altı milimetreye çiziyoruz. Elde edilen tüpün bir tarafını sıcak hava tabancasıyla ısıtın ve yeni bir PMMA tüpüne yerleştirin.

PMMA tüp düzeneğini oluşturmak için, gerilmiş boru ile yeni PMMA boru düzeneği arasındaki alt boşluğu kapatın. PTFE bant ile, bir iç yapışkan bant tabakası, bir orta tabaka PTFE bant ve bir dış yansıtıcı bant tabakası kullanarak PMMA tüp tertibatının üst ucunu üst genişleticiye takın. PTFE bandının sıkı olduğundan ve PMMA iki tertibatı ile üst genişletici arasındaki tüm boşlukların sızdırmaz hale getirildiğinden emin olun, Streç ve manşon.

Daha önce gösterildiği gibi vakum altında birincil çekme işleminde elde edilen PMMA boru düzeneği, 12 milimetre ila altı milimetrelik bir dış çaptan yaklaşık 0,25'lik bir iç çap / dış çap oranı ile sonuçlanır. Son PMMA kılıflama borusunun iç / dış çap oranı yaklaşık 0.1 ve iç çapı bir milimetre olana kadar bu işlemi tekrarlayın. İkincil çekme işlemi, preformları bir milimetreden daha küçük bir dış çapa germek için kullanılır.

Çekme sıcaklığına ulaşıldığında, alt genişleticinin ağırlığı nedeniyle preform fırından aşağı inmeye başlar. İlk çekme kuvvetini sağlayarak, besleme hızını dakikada 2,5 ila beş milimetre ile başlatın ve fırın sıcaklığını 170 santigrat dereceye çıkararak başlayın. Ardından, sıcaklığı yavaşça 2,5 ila beş santigrat derece, 220 santigrat dereceye kadar artırın.

Açılır listenin hızını kontrol etmek için lif çapını 250 ila 500 mikron arasında tutun. Elyafın kopmasını önlemek için, elyafı dakikada bir metrenin altında yavaş bir hızda dönen ırgat çarkına takın. Elyafı dansçı tekerleklerinin etrafına sarın ve elyaf makarasına takın.

Kararlı durum çekme koşullarını ve nihai elyaf boyutlarını elde etmek için ekteki el yazmasındaki ikincil çekme koşullarını bir kılavuz olarak kullanın Sabit dış çapı ve çekme gerilimini korumak için fırın sıcaklığını ve besleme ile çekme hızı arasındaki oranı izleyin. Bir milimetre indiyum teli şimdi, bir milimetre çapı olmayan bir Indio dolgulu elyaf üretmek için ikincil çekme işleminde PMMA kılıflama tüpünde manşonlanacak ve gerilecektir, İndiyum telini 550 milimetre uzunluklarda kesin ve indiyum dolgulu preform düzeneğini oluşturmak için PMMA kılıflama tüpüne yerleştirin, indio dolgulu bir elyaf yapmak için ikincil çekme işleminde doldurulmuş preform düzeneğini vakumla gerin ve kılıflayın. son bir dış çap. 15 ila 20 gram gerilim altında çizilen bir milimetre.

Çekme işlemi tamamlandıktan sonra, indiyum dolgulu elyaf makarasını kuleden çıkarın, Indio dolgulu elyafın uç yüzünü ve uzunlamasına uzunluğu boyunca bir ışık mikroskobu altında inceleyin. Sorunlu kusurlar, indiyum teli ve PMA boru arayüzü arasındaki ayrılmayı, geniş çaplı dalgalanmaları veya elyaf uzunluğu Demeti boyunca kırılma çatlaklarını, lastik bantlar kullanan birçok indiyum dolgulu elyafı ve PMMA önceden şekillendirilmiş kılıflama tüpüne yerleştirmeyi, liflerin düz olmasını ve sıkı bir şekilde oturmasını, gergin ve manşonlu olmasını içerebilir. Nihai dış çapı 0.6 milimetre olan ve 80 gram Gerilim altında çekilen indiyum yığılmış elyaf yapmak için vakumlu ikincil çekme işleminde istiflenmiş preform düzeneği.

İstenilen ürün, 50 mikron ile ayrılmış beş mikron tel içeren bir metamateryal elyaftır. Çok kollu bir ceketin bu enine kesit şeması, art arda üç kılıf PMMA tüpünde manşonlu tek bir Indio telini göstermektedir. Bir milimetre PMMA fiberin preformu, çapı 100 mikron olan sürekli indiyum teli içerir.

Bu mikroskop görüntüsü, terahertz aralığında plazmonik tepkiye sahip bir metamateryal lifinin enine kesitinin bir örneğidir. Plazmonik tepki, düşük frekanslarda malzemenin bir metal gibi davrandığı ve yüksek frekanslarda bir dielektrik gibi davrandığı ve plazma frekanslarının buradaki iki davranış arasındaki sınırı tanımladığı şekilde kendini gösterir. Deneysel ölçümler, üç farklı boyutta çizilen bu elyaf türünü karakterize eder.

Her iki durumda da, plazma frekansının çapa bağımlılığı belirgindir. Bu videoyu izledikten sonra, metamateryal yapıların ucuza ve potansiyel olarak endüstriyel ölçekte nasıl üretileceğini iyi anlamış olmalısınız. Kızılderili'nin lif uzunluğu boyunca parçalanmasını önlemek için Hint alan liflerini yüksek gerilim altında çekmeyi unutmayın.

Bu, polimer için yüksek bir viskozite ile sonuçlanan düşük bir sıcaklığın korunmasıyla elde edilir ve böylece sıvı metali içeren yapıyı korur.