Les métamatériaux Fabricating aide de la méthode de tirage de fibre

Summary

Les métamatériaux à des fréquences térahertz offrent des occasions uniques, mais sont difficiles à fabriquer en vrac. Nous adaptons la procédure de fabrication des fibres de polymère optique microstructurée à peu de frais fabriquer des métamatériaux potentiellement à l'échelle industrielle. Nous produisons des fibres de polyméthacrylate de méthyle contenant ~ 10 um de diamètre des fils d'indium séparées par environ 100 um, qui présentent une réponse plasmonique térahertz.

Abstract

Les métamatériaux sont des matériaux synthétiques composites, fabriqués par assemblage de composants beaucoup plus petits que la longueur d'onde à laquelle ils opèrent ^1. Ils doivent leurs propriétés électromagnétiques de la structure de leurs électeurs, au lieu de les atomes qui les composent. Par exemple, des fils métalliques sous-longueur d'onde peut être agencé pour posséder une permittivité électrique effectif qui est soit positif, soit négatif à une fréquence donnée, à la différence des métaux eux-mêmes ^2. Ce contrôle sans précédent sur ​​le comportement de la lumière peut potentiellement conduire à un certain nombre de nouveaux dispositifs, tels que les capes d'invisibilité ^3, négatifs matériaux à indice de réfraction ^4, et des lentilles qui résolvent des objets en dessous de la limite de ⁵ diffraction. Toutefois, les métamatériaux fonctionnant à des fréquences optiques, infrarouge moyen et térahertz sont classiquement réalisées en utilisant des nano-et micro-fabrication qui sont coûteux et produire des échantillons qui sont tout au plus quelques centrestimetres de taille ^6-7. Nous présentons ici un procédé de fabrication pour produire des centaines de mètres de métamatériaux de fils métalliques sous forme de fibres, qui présentent une réponse plasmonique térahertz ^8. On combine la pile et-dessiner technique utilisée pour produire la fibre optique microstructurée polymère ⁹ avec le processus de Taylor-fil ^10, en utilisant des fils à l'intérieur d'indium polyméthacrylate de méthyle (PMMA) tubes. Le PMMA est choisi parce qu'il est un outil facile à manipuler, diélectrique étirable avec convenables propriétés optiques dans la région terahertz; indium, car il a une température de fusion de 156,6 ° C, ce qui est approprié pour codrawing avec le PMMA. On inclut un fil d'indium de 1 mm de diamètre et de pureté 99,99% dans un tube de PMMA avec 1 mm de diamètre interne (ID) et 12 mm de diamètre extérieur (OD) qui est fermé à une extrémité. Le tube est mis sous vide et étirée à un diamètre extérieur de 1,2 mm. La fibre obtenue est ensuite coupée en morceaux plus petits, et empilées dans un tube plus grand PMMA. Cette pile est fermé à uneextrémité et introduite dans un four tout en étant tiré rapidement, ce qui réduit le diamètre de la structure d'un facteur 10, et l'augmentation de la longueur d'un facteur de 100. Ces fibres possèdent des caractéristiques de la micro-et nano-échelle, sont intrinsèquement flexibles, masse-productible, et peuvent être tissés présentent des propriétés électromagnétiques qui ne sont pas trouvés dans la nature. Ils représentent un tremplin prometteur pour un certain nombre de nouveaux dispositifs térahertz à partir des fréquences optiques, tels que les fibres invisibles, tissés négatifs chiffons indice de réfraction, et super-résolvant les lentilles.

Protocol

Vue d'ensemble Le composite d'indium / PMMA fibres (figure 3) est produit par étirage d'un empilement de fibres en PMMA dont un seul fil d'indium (figure 2), qui doivent eux-mêmes être préparés à partir de tubes et de fils de PMMA disponibles. Les étapes présentées sont les suivantes: Produire une fibre PMMA qui contient un fil d'indium unique de diamètre approprié pour le manuel d'empilage. Pour ce…

Representative Results

Fibres métamatériaux ont été produits en utilisant la technique décrite. Ils ont été assemblés à partir d'une préforme de fibres 1 mm de PMMA contenant 100 um fils de diamètre indium continues, illustré à la figure 2, qui à leur tour avaient eux-mêmes été élaboré à partir d'une préforme de fils 1 mm d'indium contenues à l'intérieur d'une chemise 10 mm polymère, qui a été produit par manchonnage des tubes de polymères de taille appropriée, comme indiqué da…

Discussion

La technique présentée ici permet la fabrication de kilomètres de la poursuite des trois dimensions métamatériaux avec des tailles micrométriques métrages, possédant une réponse plasmonique (et donc une permittivité électrique sur mesure) dans le domaine THz, effectivement se comporter comme un filtre passe-haut. Ceci peut être caractérisé expérimentalement à l'aide térahertz dans le domaine temporel spectroscopie ^11. Ces fibres en forme de métamatériaux peuvent être coupés et empilé…

Materials

Name of Reagent/Material	Company	Catalogue Number	Comments
Indium 99.99% Wire, 1 mm diameter	AIM Specialty	Available on request	www.aimspecialty.com http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf
2-Propanol(Isopropanol)	Sigma-Aldrich	Product Number 190764	http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086
Adhesive tape	Staples
One Wrap PTFE Tape, 5 ml x 12 mmW x 0.2 mmT	RS Components	RS Stock Number 231-964	http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/
50 Micron Aluminium Foil Tape	Advance Adhesive Tapes	AT506	http://www.advancetapes.com/Products/types/9/page1/81
Blu-tak	Bostik		http://www.blutack.com/index.html
Araldite Quick Set	Selleys		http://selleys.com.au/adhesives/household-adhesive/araldite/quick-set
PMMA tubes: – ID 6 mm, OD 12 mm – ID 9 mm, OD 12 mm	B & M Plastics: Plastic Fabrication	Available on request	http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm
			Equipment Requirements
			Fibre draw tower with furnaces of maximum temperatures of at least 200 °C (Heathway Polymer Draw Tower with Preform and Fibre draw facilities). A photograph of the draw tower is shown in Figure 5. Annealing oven of maximum temperatures of at least 90 °C. Optical microscope. Hot air gun. Vacuum pump. Top preform extender (metal tube of 30 cm length and 12 mm diameter). Primary draw bottom extender (metal tube of 100 cm length and 12 mm diameter). Secondary draw bottom extender (PMMA tube of 20 cm length and 12 mm diameter).