Jurutera di Universiti Tufts telah membangunkan kaedah baharu untuk mengarang dengan lebih cekap lengkap yang berkelakuan dalam cara yang luar biasa apabila berinteraksi dengan tenaga gelombang mikro, dengan potensi implikasi untuk telekomunikasi, GPS, radar, peranti mudah alih dan peranti perubatan. Dikenali sebagai bahan metamaterial, mereka kadangkala dirujuk sebagai "bahan yang mustahil" kerana mereka boleh, secara teori, membengkokkan tenaga di sekeliling objek untuk menjadikannya kelihatan tidak kelihatan, menumpukan penghantaran tenaga ke dalam rasuk fokus, atau mempunyai kebolehan seperti bunglon untuk mengkonfigurasi semula penyerapannya. atau penghantaran julat frekuensi yang berbeza.
Inovasi ini membina metamaterial menggunakan percetakan inkjet kos rendah, menjadikan kaedah ini dapat diakses secara meluas dan boleh diskalakan sementara juga memberikan faedah seperti kemampuan untuk diterapkan pada permukaan yang besar dan bersambung dengan persekitaran biologi. Ini juga merupakan demonstrasi pertama bahawa polimer organik dapat digunakan untuk "menyetel" sifat metamaterial secara elektrik.
Metamaterial elektromagnetik dan permukaan meta - rakan dua dimensi mereka - adalah struktur komposit yang berinteraksi dengan gelombang elektromagnetik dengan cara yang pelik. Bahannya terdiri dari struktur kecil — lebih kecil dari panjang gelombang tenaga yang mereka pengaruh — disusun dengan teliti dalam corak berulang. Struktur yang diperintahkan memaparkan keupayaan interaksi gelombang yang unik yang membolehkan reka bentuk cermin, lensa dan penapis yang tidak konvensional dapat menyekat, meningkatkan, memantulkan, menghantar, atau membengkokkan gelombang di luar kemungkinan yang ditawarkan oleh bahan konvensional.
Para jurutera Tufts membuat metamaterial mereka dengan menggunakan polimer pengalir sebagai substrat, kemudian inkjet mencetak corak elektrod tertentu untuk membuat resonator gelombang mikro. Resonator adalah komponen penting yang digunakan dalam peranti komunikasi yang dapat menolong memilih frekuensi tenaga yang diserap atau dihantar. Peranti yang dicetak dapat disetel secara elektrik untuk menyesuaikan jarak frekuensi yang dapat ditapis oleh pengatur.
Peranti metamaterial yang beroperasi dalam spektrum gelombang mikro dapat memiliki aplikasi yang meluas ke telekomunikasi, GPS, radar, dan peranti mudah alih, di mana metamaterial dapat meningkatkan kepekaan isyarat dan daya transmisi secara signifikan. Metamaterial yang dihasilkan dalam kajian ini juga dapat diterapkan pada komunikasi alat perubatan kerana sifat biokompatibel dari polimer organik filem tipis dapat memungkinkan penggabungan sensor yang digabungkan dengan enzim, sementara fleksibilitas yang melekat dapat memungkinkan peranti dibuat ke permukaan yang sesuai untuk digunakan pada atau di dalam badan.
"Kami menunjukkan kemampuan untuk menyetel elektrik sifat-sifat permukaan meta dan peranti meta yang beroperasi di kawasan gelombang mikro spektrum elektromagnetik," kata Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble Profesor Kejuruteraan di Tufts University School of Engineering, pengarah Tufts Silklab tempat bahan dibuat, dan penulis kajian yang sesuai. "Pekerjaan kami merupakan langkah yang menjanjikan dibandingkan dengan teknologi meta-peranti terkini, yang sangat bergantung pada proses pembuatan dan pembuatan bahan dan kompleks."
Strategi penalaan yang dikembangkan oleh pasukan penyelidik bergantung sepenuhnya pada bahan filem tipis yang dapat diproses dan disimpan melalui teknik skala besar, seperti pencetakan dan pelapisan, pada berbagai substrat. Keupayaan untuk menyesuaikan sifat elektrik polimer substrat membolehkan penulis mengendalikan peranti dalam jarak tenaga gelombang mikro yang jauh lebih luas dan hingga frekuensi yang lebih tinggi (5 GHz) daripada yang diandaikan mungkin dengan bahan bukan logam konvensional (<0.1 GHz).
Perkembangan metamaterial untuk cahaya yang dapat dilihat, yang memiliki panjang gelombang skala nanometer, masih dalam tahap awal kerana cabaran teknis membuat susunan struktur kecil pada skala itu, tetapi metamaterial untuk tenaga gelombang mikro, yang mempunyai panjang gelombang skala sentimeter, lebih setuju dengan penyelesaian kaedah pembuatan yang biasa. Penulis mencadangkan bahawa fabrikasi kaedah yang mereka gambarkan menggunakan pencetakan inkjet dan bentuk lain dari pengendapan pada polimer pengalir filem nipis dapat mulai menguji had metamaterial yang beroperasi pada frekuensi spektrum elektromagnetik yang lebih tinggi.