(l) Detta är en ritning av metamaterialets absorbermönster. (r) Detta är ett verkligt metamaterialabsorbermönster. Upphovsman:Bossard, Penn State
Ett specialformat material som kan tillhandahålla anpassad bredbandsabsorption i det infraröda kan identifieras och tillverkas med hjälp av "genetiska algoritmer, "enligt Penn State -ingenjörer, som säger att dessa metamaterial kan skydda föremål från synen med infraröda sensorer, skydda instrument och tillverkas för att täcka en mängd olika våglängder.
"Metamaterialet har en hög absorption över bred bandbredd, "sade Jeremy A. Bossard, postdoktor i elektroteknik. "Andra skärmar har utvecklats för en smal bandbredd, men det här är det första som kan täcka en superoktavbandbredd i det infraröda spektrumet. "
Att ha en bredare bandbredd innebär att ett material kan skydda mot elektromagnetisk strålning över ett brett spektrum av våglängder, gör materialet mer användbart. Forskarna tittade på silver, guld och palladium, men fann att palladium gav bättre bandbreddstäckning. Detta nya metamaterial är faktiskt tillverkat av lager på ett kiselsubstrat eller underlag. Det första lagret är palladium, följt av ett polyimidskikt. Ovanpå detta plastskikt finns ett palladiumskikt. Skärmen har utarbetat, komplicerade utskärningar - subvåglängdsgeometri - som tjänar till att blockera de olika våglängderna. Ett polyimidskikt täcker hela absorbatorn.
"Så länge det korrekt utformade mönstret i skärmen är mycket mindre än våglängden, materialet kan fungera effektivt som en absorberare, "sa Lan Lin, doktorand i elektroteknik. "Det kan också absorbera 90 procent av den infraröda strålningen som kommer in i upp till en 55 graders vinkel mot skärmen."
Övergripande lager av metamaterialabsorbenten visas. Det svarta lagret är substratet, fast grönt lager är palladium, transparent blått lager är polyimid, brutet grönt lager är det mönstrade lagret och det transparenta blå lagret är återigen polyimid för att täta och skydda. Upphovsman:Bossard, Penn State
För att designa den nödvändiga skärmen för detta metamaterial, forskarna använde en genetisk algoritm. De beskrev skärmmönstret med en serie nollor och enor - en kromosom - och lät algoritmen slumpmässigt välja mönster för att skapa en initial population av kandidatdesigner. Algoritmen testade sedan mönstren och eliminerade allt utom det bästa. De bästa mönstren tweakades sedan slumpmässigt för andra generationen. Återigen kastade algoritmen bort det värsta och behöll det bästa. Efter ett antal generationer mötte de goda mönstren och överskred till och med designmålen. Längs vägen behölls det bästa mönstret från varje generation. De rapporterar sina resultat i ett nyligen publicerat nummer av ACS Nano .
"Vi skulle inte kunna få en oktavbandbreddstäckning utan den genetiska algoritmen, "sade Bossard." Tidigare har forskare har försökt täcka bandbredden med flera lager, men flera lager var svåra att tillverka och registrera korrekt. "
Detta utvecklade metamaterial kan enkelt tillverkas eftersom det helt enkelt är lager av metall eller plast som inte behöver komplex inriktning. Det klara locket av polyimid tjänar till att skydda skärmen, men hjälper också till att minska eventuell impedansmatchning som kan uppstå när vågen rör sig från luften in i enheten.
Detta är ett övergripande mönster för metamaterialabsorbenten. Upphovsman:Bossard, Penn State
"Genetiska algoritmer används inom elektromagnetik, men vi är i framkant när det gäller att använda denna metod för att designa metamaterial, sa Bossard.
