Insinyur di Universitas Tufts telah mengembangkan metode baru untuk membuat fabrikasi dengan lebih efisien bahan yang berperilaku tidak biasa saat berinteraksi dengan energi gelombang mikro, yang berpotensi berdampak pada telekomunikasi, GPS, radar, perangkat seluler, dan perangkat medis. Dikenal sebagai metamaterial, mereka kadang-kadang disebut sebagai “bahan yang mustahil” karena secara teori mereka dapat membelokkan energi di sekitar objek agar tampak tidak terlihat, memusatkan transmisi energi menjadi sinar terfokus, atau memiliki kemampuan seperti bunglon untuk mengkonfigurasi ulang penyerapannya. atau transmisi rentang frekuensi yang berbeda.
Inovasi ini membangun metamaterial menggunakan pencetakan inkjet berbiaya rendah, membuat metode ini dapat diakses secara luas dan terukur sementara juga memberikan manfaat seperti kemampuan untuk diterapkan pada permukaan besar yang sesuai atau antarmuka dengan lingkungan biologis. Ini juga merupakan demonstrasi pertama bahwa polimer organik dapat digunakan untuk "menyetel" sifat-sifat metamaterial secara elektrik.
Metamaterial elektromagnetik dan meta-permukaan — rekan dua dimensinya — adalah struktur komposit yang berinteraksi dengan gelombang elektromagnetik dengan cara yang aneh. Bahan-bahannya terdiri dari struktur kecil—lebih kecil dari panjang gelombang energi yang mereka pengaruhi—diatur dengan hati-hati dalam pola yang berulang. Struktur yang dipesan menampilkan kemampuan interaksi gelombang unik yang memungkinkan desain cermin, lensa, dan filter tidak konvensional yang mampu memblokir, meningkatkan, memantulkan, mengirimkan, atau membengkokkan gelombang di luar kemungkinan yang ditawarkan oleh bahan konvensional.
Para insinyur Tufts membuat metamaterial mereka dengan menggunakan polimer konduktif sebagai substrat, kemudian mencetak pola elektroda tertentu dengan inkjet untuk membuat resonator gelombang mikro. Resonator adalah komponen penting yang digunakan dalam perangkat komunikasi yang dapat membantu menyaring frekuensi tertentu dari energi yang diserap atau ditransmisikan. Perangkat yang dicetak dapat disetel secara elektrik untuk menyesuaikan rentang frekuensi yang dapat disaring oleh modulator.
Perangkat metamaterial yang beroperasi dalam spektrum gelombang mikro dapat memiliki aplikasi luas untuk telekomunikasi, GPS, radar, dan perangkat seluler, di mana metamaterial dapat secara signifikan meningkatkan sensitivitas sinyal dan daya transmisinya. Metamaterial yang dihasilkan dalam penelitian ini juga dapat diterapkan pada komunikasi perangkat medis karena sifat biokompatibel dari polimer organik film tipis dapat memungkinkan penggabungan sensor yang digabungkan dengan enzim, sementara fleksibilitas inherennya dapat memungkinkan perangkat untuk dibentuk menjadi permukaan yang sesuai untuk digunakan. pada atau di dalam tubuh.
“Kami mendemonstrasikan kemampuan untuk menyetel sifat-sifat permukaan-meta dan perangkat-meta yang beroperasi di wilayah gelombang mikro dari spektrum elektromagnetik secara elektrik,” kata Fiorenzo Omenetto, Profesor Teknik Frank C. Doble di Sekolah Teknik Universitas Tufts, direktur Tufts Silklab tempat bahan dibuat, dan penulis penelitian yang sesuai. “Pekerjaan kami merupakan langkah yang menjanjikan dibandingkan dengan teknologi meta-perangkat saat ini, yang sebagian besar bergantung pada bahan dan proses fabrikasi yang kompleks dan mahal.”
Strategi penyetelan yang dikembangkan oleh tim peneliti bergantung sepenuhnya pada bahan film tipis yang dapat diproses dan disimpan melalui teknik yang dapat diskalakan secara massal, seperti pencetakan dan pelapisan, pada berbagai substrat. Kemampuan untuk menyesuaikan sifat listrik polimer substrat memungkinkan penulis untuk mengoperasikan perangkat dalam rentang energi gelombang mikro yang jauh lebih luas dan hingga frekuensi yang lebih tinggi (5 GHz) daripada yang diasumsikan mungkin dengan bahan non-logam konvensional (<0.1 GHz).
Pengembangan metamaterial untuk cahaya tampak, yang memiliki panjang gelombang skala nanometer, masih dalam tahap awal karena tantangan teknis untuk membuat susunan kecil substruktur pada skala itu, tetapi metamaterial untuk energi gelombang mikro, yang memiliki panjang gelombang skala sentimeter, lebih setuju dengan resolusi metode fabrikasi umum. Para penulis menyarankan bahwa pembuatan metode yang mereka jelaskan menggunakan pencetakan inkjet dan bentuk lain dari deposisi pada polimer konduktor film tipis dapat mulai menguji batas metamaterial yang beroperasi pada frekuensi spektrum elektromagnetik yang lebih tinggi.