211service.com
Un modo pratico per realizzare mantelli dell'invisibilità
Un nuovo metodo di stampa consente di produrre grandi fogli di metamateriali, una nuova classe di materiali progettati per interagire con la luce come nessun materiale naturale può fare. Per diversi anni, i ricercatori che lavorano su questi materiali hanno promesso mantelli dell'invisibilità, superlenti ad altissima risoluzione e altri dispositivi ottici esotici direttamente dalle pagine di fantascienza. Ma i materiali erano limitati a piccole dimostrazioni di laboratorio perché non c'era modo di produrli in quantità sufficienti per dimostrare un dispositivo pratico.
Ordito leggero: Questo è il foglio più grande mai realizzato con un metamateriale in grado di piegare all'indietro la luce del vicino infrarosso.
Tutti, forse convenientemente, sono stati nella posizione di non essere in grado di produrre abbastanza [metamateriale] per farne qualcosa, dice John Rogers , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, che ha sviluppato il nuovo metodo di stampa. I metamateriali che interagiscono con la luce visibile non sono stati precedentemente realizzati in pezzi più grandi di centinaia di micrometri.
I metamateriali sono costituiti da strati con motivi complessi, spesso di metalli. I modelli devono essere sulla stessa scala della lunghezza d'onda della luce con cui sono progettati per interagire. Nel caso della luce visibile e del vicino infrarosso, ciò significa caratteristiche su scala nanometrica. I ricercatori hanno realizzato questi materiali con metodi così dispendiosi in termini di tempo come la litografia a fascio di elettroni.
Rogers ha sviluppato un metodo di stampa basato su francobolli per generare grandi pezzi di uno dei tipi più promettenti di metamateriale, che può far piegare la luce del vicino infrarosso nel modo sbagliato quando passa. I materiali con questo cosiddetto indice di rifrazione negativo sono particolarmente promettenti per realizzare superlenti, mantelli dell'invisibilità per la visione notturna e sofisticate guide d'onda per le telecomunicazioni.
Il gruppo dell'Illinois inizia modellando un timbro di plastica dura ricoperto da un motivo a rete in rilievo. Il timbro viene quindi posto in una camera di evaporazione e rivestito con uno strato sacrificale, seguito da strati alternati degli ingredienti metamateriali - argento e fluoruro di magnesio - per formare una rete a strati sul timbro. Il timbro viene quindi posizionato su una lastra di vetro o plastica flessibile e lo strato sacrificale viene inciso, trasferendo il metallo modellato sulla superficie. Finora Rogers afferma di aver realizzato fogli di metamateriale di pochi pollici per lato, ma utilizzando più di un timbro si aspetta di aumentarlo a piedi quadrati. E, dice, i materiali stampati hanno effettivamente proprietà ottiche migliori rispetto ai metamateriali realizzati con metodi tradizionali.
Maglia leggera: Il metamateriale di ampia area è costituito da una rete stratificata di metalli modellati su scala nanometrica.
Ora possiamo tirare fuori fogli giganteschi di questa roba, dice Rogers. Realizzare lo stampo per il timbro richiede attenzione, ma una volta che lo stampo è stato creato, non ci vuole molto per realizzare molti timbri riutilizzabili.
Xiang Zhang, cattedra di ingegneria meccanica presso l'Università della California, Berkeley, afferma che questo lavoro rappresenta un passo importante verso le applicazioni dei metamateriali ottici. Vari metamateriali potrebbero essere ingranditi con questo metodo, afferma Zhang, che nel 2008 ha creato il design utilizzato da Rogers per questa prima dimostrazione. Ad esempio, potrebbero essere possibili obiettivi e mantelli 2-D macroscala, e forse anche concentratori solari. Una potenziale applicazione è negli obiettivi che integrano più funzioni in singoli dispositivi, per le telecomunicazioni e l'imaging.
Questa tecnica di stampa è piuttosto potente e ha il potenziale per adattarsi ad aree molto grandi, afferma Nicholas Fang , professore associato di ingegneria meccanica al MIT. Fang afferma che questo tipo di metamateriale sarebbe particolarmente interessante per i dispositivi di imaging a infrarossi.