Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus

Metamateriaalitekniikan käytännön soveltaminen jokapäiväisessä elämässä riippuu kuitenkin valmistusprosessin kaupallistamisesta, mikä vaatii huomattavia kustannuksia.

Tutkimusryhmä, jota johtivat professori Junsuk Rho, tutkija Won-Geun Kim ja Ph.D. ehdokas Hongyoon Kim Pohangin tiede- ja teknologiayliopiston (POSTECH) konetekniikan laitokselta on suunnitellut uuden lähestymistavan.

Heidän menetelmänsä yhdistää kolmiulotteisen nanotulostuksen yhteiskokoonpanoteknologiaan, mikä tuo metamateriaalit askeleen lähemmäksi kaupallista saatavuutta.

Perinteisesti metamateriaalit valmistetaan kerrostamalla fysikaalisia ja kemiallisia kerroksia materiaaleille, kuten piille ja hartsille (muoville), jota seuraa litografiaprosessi. Valitettavasti tämä menetelmä on sekä kallis että rajoitettu sovellettavien materiaalien suhteen. Tämän seurauksena akateeminen yhteisö on viime aikoina siirtänyt painopisteensä metamateriaalien luomiseen hiukkasten kokoamisen avulla kalliin pinnalla ajon prosessin sijaan.

Pohjimmiltaan tutkimusryhmä on kehittänyt prosessiteknologian, joka mahdollistaa kustannustehokkaan metamateriaalien valmistuksen halutussa muodossa perinteisten ja kalliimpien menetelmien sijaan.

Suoritetut kokeet esittelivät ryhmän prosessin kautta syntyneiden metamateriaalien valonhallinnan kykyä. Tämä tutkimus on ensimmäinen tapaus varmistaa liuoksessa olevien metamolekyylien optiset ominaisuudet millimetrin kokoisilla rakenteilla. Lisäksi tiimi saavutti optisten ominaisuuksien hienosäädön säätämällä piidioksidin ja kullan nanohiukkasten suhdetta metamateriaalissa.

Tutkimusta johtanut professori Junsuk Rho totesi: "Tämä läpimurto mahdollistaa vapaamuotoisten nanofotonien suunnittelun ja toteutuksen, mikä ylittää olemassa olevien metamateriaalien valmistusprosessien rajoitukset. Tämän tekniikan monipuolisuus tarjoaa laajan valikoiman materiaalivaihtoehtoja, mukaan lukien kvanttipisteet ja katalyyttihiukkaset ja polymeerit, mikä tekee siitä soveltuvan eri aloille antureista näyttöihin metamateriaalitutkimuksen lisäksi."

NTU Singaporen ja Cambridgen yliopiston johtamien tutkijoiden uudella menetelmällä voidaan valmistaa räätälöityjä 3D-tulostettuja metalliosia, jotka sisältävät erilaisia ominaisuuksia – esimerkiksi joidenkin metallin osien ollessa vahvempia kuin toiset.

Toisin kuin perinteisissä metallinvalmistusprosesseissa, se ei vaadi lisäraaka-aineita, mekaanista käsittelyä tai rajuja työstöprosesseja samanlaisen vaikutuksen saavuttamiseksi, kuten metallin pinnoittaminen eri materiaalilla, mikä mahdollisesti auttaa vähentämään valmistuskustannuksia.

3D-painetun metalliosan, jolla on eri lujuusaste, suunnittelun lisäksi uuden prosessin pitäisi teoriassa antaa valmistajille mahdollisuus suunnitella osa, jolla on muita ominaisuuksia, kuten erilaiset sähkönjohtavuus- tai korroosionkestävyystasot samassa metallissa.

Aiheesta aiemmin:

3D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja

Nesteet ja kiinteät aineet samalla tulostuksella