Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

De Onderzoekers MIT Vervaardigen 3D LichtgewichtLens Metamaterial

Published on November 16, 2012 at 6:35 AM

In vele opzichten, zijn metamaterials bovennatuurlijk. Deze kunstmatige materialen, met hun ingewikkeld ontworpen structuren, buigen elektromagnetische golven op manieren die voor materialen die in aard worden gevonden onmogelijk zijn.

De richtlijn van 4.000 S-vormige eenheden vormt een metamaterial lens die radiogolven met extreme precisie concentreert, en zeer weinig verloren energie. (Foto: Dylan Erb)

De Wetenschappers onderzoeken metamaterials voor hun potentieel aan de mantels van de ingenieursonzichtbaarheid - materialen die licht breken om een voorwerp in duidelijk gezicht te verbergen - en „super lenzen,“ die licht voorbij de waaier van optische microscopen aan beeldvoorwerpen bij nanoscaledetail concentreren.

De Onderzoekers bij MIT hebben nu een driedimensionele, lichtgewicht metamaterial lens vervaardigd die radiogolven met extreme precisie concentreert. De concave lens stelt een bezit genoemd tentoon negatieve breking, die elektromagnetische golven - in dit geval, radiogolven buigt - in precies de tegenovergestelde betekenis waarvan een normale concave lens zou werken.

De Concave lenzen stralen typisch radiogolven zoals spokes van een wiel uit. In deze nieuwe metamaterial lens, echter, komen de radiogolven samen, zich concentreert op een enig, nauwkeurig punt - een bezit onmogelijk om in natuurlijke materialen te herhalen.

Voor Isaac Ehrenberg, een gediplomeerde student MIT in werktuigbouw, roept het apparaat een beeld van de film „Star Wars“ op: de Ster van de Dood, een ruimtestation dat laserstralen van een concave schotel ontspruit, de lasers die aan een punt samenkomen nabijgelegen planeten te vernietigen. Terwijl de de onderzoekers' vervaardigde lens geen planetarische organismen in de nabije toekomst zal vernietigen, zegt Ehrenberg er andere potentiële toepassingen voor het apparaat, zoals moleculaire en diep-ruimteweergave zijn.

„Er is geen stevig blok van om het even welk materiaal in de periodieke lijst die dit effect zal produceren,“ Ehrenberg zegt. „Dit apparaat brekt radiogolven zoals geen ander materiaal die in aard worden gevonden.“

Ehrenberg publiceerde de resultaten van zijn onderzoek naar het Dagboek van Toegepaste Fysica. Zijn medeauteurs op het document bedragen Sanjay Sarma, Fred Fort Flowers en Daniel Fort Flowers Professor van Werktuigbouw MIT, en bae-Ian Wu, een onderzoeker bij het Laboratorium van het Onderzoek van de Luchtmacht.

Het Vormen van een cel

Worden de metamaterial buitengewone eigenschappen bepaald grotendeels door zijn structuur - gelijkend op hoe de kristallen van een diamant sterkte verlenen. Een materiaal kan licht afhankelijk van de vorm van individuele eenheden binnen een materiaal, en de regeling van die eenheden verschillend breken als geheel.

Voorafgaand aan dit recente document, hebben Wu en anderen bestudeerd hoe bepaalde vormen van metamaterials de propagatie van elektromagnetische golven kunnen beïnvloeden. Het team kwam met een blocky, S-vormige „eenheidscel“ op de proppen de van wie vorm radiogolven in het bijzonder richtingen brekt. Ehrenberg gebruikte de eenheidsvorm als basis die voor zijn concave lens, tot de ruwe vorm van meer dan 4.000 eenhedencellen leidt, elk slechts een paar brede millimeter.

Om zijn ontwerp te vervaardigen, gebruikte Ehrenberg 3-D druk, de bouw een lenslaag door ingewikkelde laag van een polymeeroplossing. Hij reinigde toen om het even welk residu met een straal van het hoge drukwater en bedekte elke laag met een fijne mist van koper met een laag om de lens een geleidende oppervlakte te geven.

Om de lens te testen, plaatsten de onderzoekers het apparaat tussen twee radioantennes en maten de energie die door het wordt overgebracht. Ehrenberg vond dat het grootste deel van de energie door de lens, met zeer weinig verloren binnen metamaterial kon reizen - een significante verbetering van energieefficiency wanneer vergeleken met afgelopen negatief-brekingsontwerpen. Het team vond ook dat de radiogolven voor de lens op een zeer specifiek punt samenkwamen, dat tot een strakke, geconcentreerde straal leidt.

De ruimte van de Weergave en verder

Sarma zegt de combinatie van het apparaat „met beperkte verliezen“ en de strakke nadruk is een veelbelovende stap naar techniek praktische metamaterial lenzen.

„Er zijn heel wat fenomenen in de wereld die u kunt aantonen, maar of u kunt het bij schaal is bereiken de kwestie,“ Sarma zegt. „Wij hebben het negatieve brekingsconcept van het koninkrijk van bewijs-van-concept aan het koninkrijk van praktisch aspect.“ genomen

Het apparaat, dat een minder dan pond weegt, kan worden gebruikt om radiogolven op molecules precies te concentreren om high-resolution beelden tot stand te brengen - beelden die momenteel gebruikend omvangrijke, zware en dure lenzen worden veroorzaakt. Ehrenberg zegt dat zulk een lichtgewichtapparaat ook op satellieten aan beeldsterren en andere hemellichamen in ruimte kon worden opgezet, „waar u geen krachtige lens wilt omhoog brengen.“

De Zon van Cheng, een hulpprofessor van werktuigbouw bij Noordwestelijke Universiteit, zegt het metamaterial ontwerp een veelbelovende demonstratie is die tot sterkere, snellere telecommunicaties kan leiden.

Het „ontwerp met beperkte verliezen kan als een significante stap worden beschouwd voorwaarts naar praktische inschrijvingen bij microgolf of de radiofrequentieswaaiers,“ Zon zegt.

Voorbij zegt de de lens' toepassingen, Ehrenberg zijn vervaardiging eenvoudig en gemakkelijk herhaald is, toestaand andere wetenschappers om 3-D metamaterial ontwerpen te onderzoeken.

„U kunt de ruimte van metamaterials werkelijk volledig onderzoeken,“ Ehrenberg zegt. „Er is een geheel andere afmeting dat nu de mensen zullen kunnen onderzoeken.“

Bron: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:47

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit