Tufts Üniversitesi'ndeki mühendisler daha verimli üretim için yeni yöntemler geliştirdi malzemeler Mikrodalga enerjisiyle etkileşime girdiğinde alışılmadık şekillerde davranan ve telekomünikasyon, GPS, radar, mobil cihazlar ve tıbbi cihazlar için potansiyel etkileri olan maddeler. Metamalzemeler olarak bilinen bu malzemeler bazen "imkansız malzemeler" olarak anılırlar çünkü teorik olarak nesnelerin etrafındaki enerjiyi bükerek onları görünmez hale getirebilirler, enerjinin iletimini odaklanmış ışınlara yoğunlaştırabilirler veya emilimlerini yeniden yapılandırmak için bukalemun benzeri yeteneklere sahip olabilirler. veya farklı frekans aralıklarının iletimi.
Yenilik, meta malzemeleri düşük maliyetli mürekkep püskürtmeli baskı kullanarak inşa ederek yöntemi geniş çapta erişilebilir ve ölçeklenebilir hale getirirken aynı zamanda geniş uyumlu yüzeylere uygulanabilme veya biyolojik bir ortamla arayüz oluşturma yeteneği gibi faydalar da sağlıyor. Bu aynı zamanda organik polimerlerin metamalzemelerin özelliklerini elektriksel olarak “ayarlamak” için kullanılabileceğinin ilk gösterimidir.
Elektromanyetik meta malzemeler ve meta yüzeyler (onların iki boyutlu karşılıkları) elektromanyetik dalgalarla tuhaf şekillerde etkileşime giren kompozit yapılardır. Malzemeler, yinelenen desenler halinde dikkatlice düzenlenmiş, etkiledikleri enerjinin dalga boylarından daha küçük olan küçük yapılardan oluşuyor. Düzenli yapılar, dalgaları geleneksel malzemelerin sunduğu olasılıkların ötesinde bloklayabilen, geliştirebilen, yansıtabilen, iletebilen veya bükebilen alışılmadık aynaların, merceklerin ve filtrelerin tasarlanmasına olanak tanıyan benzersiz dalga etkileşimi yetenekleri sergiler.
Tufts mühendisleri, alt katman olarak iletken polimerleri kullanarak, ardından mikrodalga rezonatörleri oluşturmak için mürekkep püskürtmeli elektrotların belirli desenlerini basarak meta malzemelerini ürettiler. Rezonatörler, iletişim cihazlarında kullanılan, emilen veya iletilen enerjinin seçilen frekanslarının filtrelenmesine yardımcı olabilecek önemli bileşenlerdir. Basılı cihazlar, modülatörlerin filtreleyebileceği frekans aralığını ayarlamak için elektriksel olarak ayarlanabilir.
Mikrodalga spektrumunda çalışan metamateryal cihazları telekomünikasyon, GPS, radar ve mobil cihazlarda yaygın uygulamalara sahip olabilir; burada metamateryaller sinyal hassasiyetini ve iletim gücünü önemli ölçüde artırabilir. Çalışmada üretilen metamateryaller aynı zamanda tıbbi cihaz iletişimine de uygulanabilir çünkü ince film organik polimerin biyouyumlu doğası, enzim-bağlantılı sensörlerin dahil edilmesini mümkün kılarken, doğal esnekliği, cihazların kullanıma uygun uyumlu yüzeyler halinde biçimlendirilmesine izin verebilir. vücutta veya vücutta.
Tufts Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nden Frank C. Doble Mühendislik Profesörü Fiorenzo Omenetto, “Elektromanyetik spektrumun mikrodalga bölgesinde çalışan meta yüzeylerin ve meta cihazların özelliklerini elektriksel olarak ayarlama yeteneğini gösterdik” dedi. Materyallerin oluşturulduğu Tufts Silklab ve çalışmanın ilgili yazarı. "Çalışmamız, büyük ölçüde karmaşık ve maliyetli malzemelere ve üretim süreçlerine bağlı olan mevcut meta-cihaz teknolojilerine kıyasla umut verici bir adımı temsil ediyor."
Araştırma ekibi tarafından geliştirilen ayarlama stratejisi tamamen, çeşitli alt tabakalar üzerinde baskı ve kaplama gibi kitlesel ölçeklenebilir tekniklerle işlenebilen ve biriktirilebilen ince film malzemelerine dayanıyor. Substrat polimerlerinin elektriksel özelliklerini ayarlama yeteneği, yazarların cihazları, geleneksel metal olmayan malzemelerle (<5) mümkün olduğu varsayılandan çok daha geniş bir mikrodalga enerjisi aralığında ve daha yüksek frekanslara (0.1 GHz) kadar çalıştırmasını sağladı. GHz).
Nanometre ölçeğinde bir dalga boyuna sahip olan görünür ışık için meta malzemelerin geliştirilmesi, bu ölçekte küçük alt yapı dizileri oluşturmanın teknik zorlukları nedeniyle hala erken aşamadadır, ancak santimetre ölçeğinde dalga boylarına sahip mikrodalga enerjisi için meta malzemeler, yaygın imalat yöntemlerinin çözümüne daha uygundur. Yazarlar şunu önermektedir: uydurma İnce film iletken polimerler üzerinde mürekkep püskürtmeli baskı ve diğer biriktirme biçimlerini kullanarak tanımladıkları yöntem, elektromanyetik spektrumun daha yüksek frekanslarında çalışan meta malzemelerin sınırlarını test etmeye başlayabilir.