Herstellung Metamaterialien Mit dem Fiber Drawing Methode

Summary

Metamaterialien bei Terahertz-Frequenzen bieten einzigartige Möglichkeiten, aber sind anspruchsvoll in der Masse herzustellen. Wir passen die Fertigung Verfahren für mikrostrukturierte optische Polymerfasern, kostengünstig herzustellen Metamaterialien potenziell im industriellen Maßstab. Wir produzieren Polymethylmethacrylat Fasern mit ~ 10 Mikrometer Durchmesser Indium-Drähte durch ~ 100 um, die eine Terahertz-Plasmonen Resonanz aufweisen getrennt.

Abstract

Metamaterialien sind künstlich Verbundwerkstoffen, durch Zusammensetzen Komponenten viel kleiner als die Wellenlänge, bei der sie tätig ¹ hergestellt. Sie verdanken ihre elektromagnetischen Eigenschaften der Struktur ihrer Bestandteile, anstelle der Atome, die sie zu komponieren. Beispielsweise kann subwellenlängen Metalldrähten angeordnet ist, um eine effektive elektrische Permittivität, die entweder positiv oder negativ ist bei einer gegebenen Frequenz besitzen, im Gegensatz zu den ^zwei Metalle selbst sein. Diese beispiellose Kontrolle über das Verhalten des Lichts kann möglicherweise zu einer Reihe von neuen Geräten, wie Unsichtbarkeitsmäntel ^3, negativen Brechungsindex Materialien ⁴ und Linsen, die Objekte unterhalb der Beugungsgrenze ⁵ zu lösen führen. Allerdings werden die bei optischen Metamaterialien, im mittleren Infrarot und Terahertzfrequenzen herkömmlicherweise unter Verwendung von Nano-und Mikro-Herstellungstechniken, die teuer sind und produzieren Proben, die höchstens einige wenige sind JhsZentimetern in der Größe ^6-7. Hier präsentieren wir ein Herstellungsverfahren, um Hunderte von Metern Metalldraht Metamaterialien in Form von Fasern, die eine Terahertz-Plasmonen Antwort ⁸ aufweisen produzieren. Wir verbinden die Stapel-und-Streck-Technik verwendet, um mikrostrukturierte optische Polymerfaser ⁹ mit dem Taylor-Draht-Prozess ^{10 zu} erzeugen, unter Verwendung von Indium Drähte innerhalb Polymethylmethacrylat (PMMA) Tuben. PMMA wird gewählt, da es eine einfach handhabbare, ziehfähigen Dielektrikum mit geeigneten optischen Eigenschaften in der Terahertz-Bereich; Indium, weil es eine Schmelztemperatur von 156,6 ° C aufweist was angemessen codrawing mit PMMA. Wir schließen ein Indium Drahtes mit 1 mm Durchmesser und 99,99% Reinheit in einer PMMA-Röhrchen mit 1 mm Innendurchmesser (ID) und 12 mm Außendurchmesser (OD), die an einem Ende verschlossen ist. Das Rohr wird evakuiert und nach unten zu einem äußeren Durchmesser von 1,2 mm gezogen. Die resultierende Faser wird dann in kleinere Stücke geschnitten und gestapelt in eine größere PMMA-Rohr. Dieser Stapel wird in einem dichtEnde und in einen Ofen, während sie schnell gezeichnet, Reduzieren des Durchmessers der Struktur um den Faktor 10, und die Erhöhung der Länge um einen Faktor von 100. Solche Fasern besitzen Eigenschaften, auf der Mikro-und Nano-Maßstab, sind von Natur aus flexibler, Massen-produzierbar und können gewebt, um elektromagnetische Eigenschaften, die nicht in der Natur vorkommen aufweisen werden. Sie stellen eine vielversprechende Plattform für eine Reihe von neuartigen Geräten von Terahertz um optische Frequenzen, wie unsichtbare Fasern, Gewebe negativen Brechungsindex Tücher und super-Auflösen Linsen.

Protocol

Überblick Die zusammengesetzte Indium / PMMA-Faser (3) durch Ziehen eines Stapels von PMMA-Fasern einschließlich eines einzelnen Indiumdraht (Abbildung 2), die selbst um aus verfügbaren PMMA Rohren und Drähten hergestellt werden hergestellt. Die Schritte vorgestellt werden sind: Produzieren eine PMMA-Faser, die eine einzige Indium-Draht mit einem Durchmesser von entsprechenden manuelles Stapeln enthält. Dazu zunächst ein PMMA R…

Representative Results

Metamaterial Fasern wurden hergestellt unter Verwendung der Technik beschrieben. Sie wurde aus einer Vorform von 1 mm PMMA-Fasern mit 100 Mikrometer Durchmesser kontinuierlichen Indium Drähten, in Abbildung 2, die wiederum selbst von einer Vorform von 1 mm Indium Drähte innerhalb einer 10 mm Polymermantel enthalten, welche hergestellt wurde gezogen worden gezeigten zusammengebauten Eintaschvorrichtung durch entsprechend dimensionierte Polymer Rohre, wie in der schematischen Darstellung der Fig…

Discussion

Die hier vorgestellte Technik ermöglicht die Herstellung von Kilometern kontinuierlichen dreidimensionalen Metamaterialien mit mikro-Funktion Größen besitzen eine plasmonischen Antwort (und damit eine maßgeschneiderte elektrische Permittivität) im THz-Bereich effektiv zu verhalten wie ein High-Pass-Filter. Dies kann experimentell charakterisiert werden mit Terahertz-Time-Domain-Spektroskopie ^11. Solche faserförmigen Metamaterialien können geschnitten und gestapelt werden in Schüttgütern, um eine gro?…

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).