Струйная печать «невозможных материалов» с уникальными возможностями

Эти удивительные материалы, которые называются метаматериалами, демонстрируют необычные способы взаимодействия с микроволновой энергией, что может быть использовано в связи, GPS, радарах, мобильных устройствах и медицинском оборудовании.

Электрически настраиваемые метаустройства могут добавлять новые функции в электронные системы, такие как антенны и технологии маскировки. Однако современные микроволновые метаустройства основаны на материалах, которые сложно и дорого изготавливать, и они несовместимы с методами осаждения на гибких платформах, где требуется большая площадь и высокая производительность изготовления. Использование недорогой технологии струйной печати позволит создавать метаматериалы дешево и в больших масштабах.

Новые разработки исследователей направлены на создание микроволновых резонаторов, которые настраиваются электрическими импульсами с помощью органических электрохимических транзисторов. Устройства изготавливаются методом струйной печати на полиамидных подложках с использованием металлических наночастиц и проводящих полимерных чернил.

Тонкопленочный полимер, напечатанный с помощью струйной печати настраивает свойства массива небольших микроволновых резонаторов. Составное устройство может быть настроено для захвата или передачи различных длин волн микроволновой энергии. Предоставлено: Фио Оменетто, Университет Тафтса

Электромагнитные метаматериалы и метаповерхности - их двумерные аналоги - представляют собой составные структуры, которые особым образом взаимодействуют с электромагнитными волнами. Эти материалы состоят из крошечных структур размером меньше длины волны энергии, на которую они воздействуют, - тщательно выстроенных в повторяющиеся узоры. Эта упорядоченная структура демонстрирует уникальные возможности взаимодействия с волнами, позволяя создавать нетрадиционные зеркала, линзы и фильтры, которые могут блокировать, усиливать, отражать, передавать или изгибать волны. Они значительно превосходят возможности, предлагаемые традиционными материалами.

Инженеры изготовили метаматериалы, используя проводящие полимеры в качестве подложки, а затем с помощью струйной печати распечатали определенные узоры электродов для создания микроволновых резонаторов. Возможность настраивать электрические свойства полимерной основы позволила созданным таким образом устройствам работать в гораздо более широком диапазоне микроволновых энергий (вплоть до частоты 5 ГГц), чем это возможно для обычных материалов (<0,1 ГГц). Предоставлено: Фио Оменетто, Университет Тафтса.

Разработка метаматериалов для видимого света с длиной волны в нанометровом масштабе еще требует дополнительных исследований, поскольку возникают технические проблемы, связанные с созданием крошечных массивов структур такого масштаба. Но уже сейчас метаматериалы для микроволновой энергии, которые имеют длину волны сантиметрового масштаба, могут быть созданы при использовании данных методов изготовления.

Кроме того, применение доступной струйной печати и других форм нанесения на тонкопленочные проводящие полимеры, дает исследователям возможность проверить работу метаматериалов на более высоких частотах электромагнитного спектра.

В перспективе устройства из метаматериалов, работающие в микроволновом диапазоне, могут найти широкое применение в телекоммуникациях, GPS, радарах и мобильных устройствах, где они могут значительно повысить их чувствительность к сигналу и обеспечить высокую мощность передачи сигнала.

Метаматериалы, полученные в ходе исследования, также могут быть применены для для медицинских устройств, вживляемых в тело человека, поскольку биосовместимая природа тонкопленочного органического полимера и присущая ему гибкость поможет безопасно встраивать сенсоры в тело человека.

ПользователиДобавление, обновление, и назначение прав пользователям.

Тонкопленочные полимеры, напечатанные струйной печатью с крошечными узорами компонентов, собирают или передают энергию с гораздо большей точностью выбора, чувствительностью и мощностью, чем обычные материалы.