Метаматериалы расширяют возможности обычных материалов в устройствах, используя геометрические элементы, расположенные в виде повторяющихся узоров в масштабах, меньших, чем длины волн энергии, обнаруживаемой или подвергающейся влиянию. Новые разработки в технологии 3D-печати позволяют создавать гораздо больше форм и узоров из метаматериалов и в еще меньших масштабах. В своем исследовании исследователи из Nano Lab в Тафтсе описывают гибридный подход к производству с использованием 3D-печати, металлического покрытия и травления для создания метаматериалов со сложной геометрией и новыми функциями для длин волн в микроволновом диапазоне.
Например, они создали множество крошечных грибовидных структур, каждая из которых удерживает небольшой узорчатый металлический резонатор на вершине стебля.
Это конкретное устройство позволяет поглощать микроволны определенных частот в зависимости от выбранной геометрии «грибов» и их расположения. Использование таких метаматериалов может быть полезным в таких приложениях, как датчики в медицинской диагностике и в качестве антенн в телекоммуникациях или детекторов в приложениях для обработки изображений.
Другие устройства, разработанные авторами, включают параболические отражатели, которые избирательно поглощают и передают определенные частоты. Такие концепции могут упростить оптические устройства, объединив функции отражения и фильтрации в одном устройстве. «Способность объединять функции с использованием метаматериалов может быть невероятно полезной», – сказал Самир Сонкусале, профессор электротехники и компьютерной инженерии инженерной школы Университета Тафтса, который возглавляет нано-лабораторию в Тафтсе и является автором исследования. «Возможно, мы могли бы использовать эти материалы для уменьшения размеров спектрометров и других оптических измерительных устройств, чтобы их можно было разработать для портативных полевых исследований."
Продукты, сочетающие оптическое / электронное формирование рисунка с 3D-изготовлением нижележащей подложки, авторы называют метаматериалами, встроенными в геометрическую оптику, или MEGO. Другие формы, размеры и ориентации узорчатой 3D-печати могут быть задуманы для создания MEGO, которые поглощают, усиливают, отражают или изгибают волны способами, которые было бы трудно достичь с помощью обычных методов изготовления.
В настоящее время доступен ряд технологий для 3D-печати, и в текущем исследовании используется стереолитография, которая фокусирует свет для полимеризации фотоотверждаемых смол в желаемые формы.
Другие технологии 3D-печати, такие как двухфотонная полимеризация, могут обеспечить разрешение печати до 200 нанометров, что позволяет изготавливать еще более тонкие метаматериалы, которые могут обнаруживать и управлять электромагнитными сигналами еще меньших длин волн, потенциально включая видимый свет.
«Полный потенциал 3D-печати для MEGO еще не реализован», – сказал Айдын Садеки, аспирант лаборатории Санкусале инженерной школы Университета Тафтса и ведущий автор исследования. «Мы можем сделать гораздо больше с помощью нынешних технологий и огромного потенциала, поскольку 3D-печать неизбежно развивается."