Metamateriaaleja tulostustekniikalla

Ohutkalvoinen polymeeri virittää mustesuihkutulostettujen pienten mikroaaltoresonaattoreiden ominaisuuksia. Komposiittirakenne voidaan virittää sieppaamaan tai lähettämään eri aallonpituuksia mikroaaltoenergiaa.

Tuftsin yliopiston insinöörit ovat kehittäneet uusia menetelmiä tuottamaan metamateriaaleja, jotka käyttäytyvät epätavallisilla tavoilla vuorovaikutuksessa mikroaaltoenergian kanssa.

Metamateriaalit voivat teoriassa taivuttaa energiaa esineiden ympärille, jotta ne näyttävät näkymättömiltä, keskittää energian siirron kohdennettuihin säteisiin tai niillä on kameleontin kaltaiset kyvyt muuttaa absorptiotaan tai transmissiotaan eri taajuusalueille.

Tutkimusjulkaisussa kuvattu innovaatio rakentaa metamateriaaleja käyttämällä edullista mustesuihkutulostusta, tekee menetelmästä laajasti saatavan ja skaalautuvan ja tarjoaa samalla etuja, kuten kyvyn levittää sitä suurille mukautuville pinnoille tai rajapinnalle biologisen ympäristön kanssa.

Samalla se on myös ensimmäinen osoitus siitä, että orgaanisia polymeerejä voidaan käyttää metamateriaalien ominaisuuksien sähköiseen "virittämiseen".

Tuftsin insinöörit valmistivat metamateriaalinsa käyttämällä johtavia polymeerejä substraattina ja sitten mustesuihkutulostuksella mikroaaltoresonaattoreiden elektrodikuvioita metallinanohiukkasilla. Printatut piirirakenteet voidaan virittää sähköisesti orgaanisilla sähkökemiallisilla transistoreilla.

Mikroaaltospektrissä toimivilla metamateriaalilaitteilla voi olla sovelluksia tietoliikenne-, GPS-, tutka- ja mobiililaitteille, joissa metamateriaalit voivat lisätä merkittävästi niiden signaaliherkkyyttä ja lähetystehoa.

Tutkimuksessa tuotettuja metamateriaaleja voidaan soveltaa myös lääkinnällisten laitteiden viestintään, koska ohutkalvoisen orgaanisen polymeerin biologisesti yhteensopiva luonne voisi mahdollistaa entsyymikytkettyjen antureiden liittämisen, kun taas sen luontainen joustavuus voisi sallia laitteiden muokkaamisen käytettäväksi kehon pinnalla tai sisällä.

"Osoitimme kyvyn virittää sähkömagneettisen spektrin mikroaaltoalueella toimivien metapintojen ja metalaitteiden ominaisuuksia sähköisesti", kertoo professori Fiorenzo Omenetto. "Työmme on lupaava askel verrattuna nykyisiin metalaitetekniikoihin, jotka riippuvat suurelta osin monimutkaisista ja kalliista materiaaleista ja valmistusprosesseista."

Tutkimusryhmän kehittämä viritysstrategia perustuu kokonaan ohutkalvomateriaaleihin, jotka voidaan käsitellä ja kerrostaa massavalmistuksen tekniikoilla, kuten painamalla ja päällystämällä, useille alustoille. Kyky virittää substraattipolymeerien sähköiset ominaisuudet mahdollistaa kirjoittajien mukaa käyttää laitteita paljon laajemmalla mikroaaltojen alueella ja jopa korkeammilla taajuuksilla (5 GHz) kuin oletettiin olevan mahdollista tavanomaisilla ei-metamateriaaleilla (<0,1 GHz).

Kirjoittajat ehdottavat, että valmistusmenetelmä, jonka he kuvaavat käyttämällä mustesuihkutulostusta ja muita kerrostamismuotoja ohutkalvoa johtaville polymeereille, voisi alkaa testata metamateriaalien rajoja, jotka toimivat sähkömagneettisen spektrin suuremmilla taajuuksilla.

Aiheista aiemmin:

Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja

Tulostuksella kertakäyttöisiä grafeeniantureita

Kolmiulotteinen materiaalitulostus molekyylirajalle