Metamaterial, känd som Harry Potters osynliga mantel, är konstgjorda nanostrukturer designade för att manipulera ljusegenskaper. Den praktiska tillämpningen av denna teknik i vardagen beror dock på kommersialiseringen av tillverkningsprocessen som kräver betydande kostnader.
En forskargrupp ledd av professor Junsuk Rho från institutionen för maskinteknik och institutionen för kemiteknik, forskaren Won-Geun Kim och Ph.D. kandidat Hongyoon Kim från institutionen för maskinteknik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH) har utarbetat ett tillvägagångssätt.
Deras metod kombinerar tredimensionell nanoutskrift med sammonteringsteknologi, vilket tar metamaterial ett steg närmare att bli kommersiellt tillgängliga. Dessa forskningsrön har presenterats i Small .
Traditionellt tillverkas metamaterial genom att deponera fysiska och kemiska skikt på material som kisel och harts (plast), följt av en process som kallas litografi. Tyvärr är denna metod både dyr och begränsad när det gäller tillämpliga material. Följaktligen har det akademiska samfundet nyligen flyttat fokus mot att skapa metamaterial genom sammansättning av partiklar snarare än den kostsamma processen med ytrakning.
I denna forskning använde forskargruppen en kombination av tredimensionell nanotryckning och sammonteringstekniker. Till en början tillverkade de hallonliknande metamolekyler genom att använda kiseldioxid (glas) och guld nanopartiklar av varierande storlek. Därefter staplades dessa hallonliknande strukturer ovanpå varandra, vilket resulterade i framgångsrikt skapande av millimeterstora metamaterial.
I huvudsak har forskargruppen tagit fram en processteknik som möjliggör kostnadseffektiv produktion av metamaterial i önskade former i motsats till konventionella och dyrare metoder.
Experimenten som genomfördes visade upp de ljuskontrollerande egenskaperna hos metamaterial som genererades genom teamets process. Noterbart var det en signifikant minskning av spritt ljus inom det synliga området. Denna forskning markerar det första exemplet på att verifiera de optiska egenskaperna hos metamolekyler i lösning med hjälp av millimeterstora strukturer.
Detta tillvägagångssätt gör att resultaten kan observeras med blotta ögat eller genom en enkel mikroskopinställning, vilket eliminerar behovet av specialiserad utrustning för verifiering. Dessutom uppnådde teamet finjusterad kontroll över de optiska egenskaperna genom att justera förhållandet mellan kiseldioxid och guldnanopartiklar i metamaterialet.
Professor Junsuk Rho, som ledde forskningen, sa:"Detta genombrott möjliggör design och implementering av nanofotoner i fri form, vilket överträffar begränsningarna för befintliga metamaterialtillverkningsprocesser. Mångsidigheten hos denna teknologi ger ett brett utbud av materialval inklusive kvantprickar, katalysatorpartiklar , och polymerer, vilket gör det tillämpbart på olika områden från sensorer till skärmar förutom metamaterialforskning."
Mer information: Won‐Geun Kim et al, Fristående, Freeform Metamolecule Fibers Tailoring Artificial Optical Magnetism, Small (2023). DOI:10.1002/smll.202303749
Journalinformation: Liten
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
