Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

Summary

Metamaterialen bij terahertz frequenties bieden unieke mogelijkheden, maar zijn uitdagend om te fabriceren in bulk. Wij passen de fabricage procedure voor micro polymere optische vezels mogelijk om goedkoop te fabriceren metamaterials op industriële schaal. Wij produceren polymethylmethacrylaat vezels met ~ 10 micrometer diameter indium draden gescheiden door ~ 100 um, die een terahertz plasmonische reactie vertonen.

Abstract

Metamaterialen zijn kunstmatige composietmaterialen vervaardigd door montagedelen veel kleiner dan de golflengte waarop zij opereren ^1. Ze danken hun elektromagnetische eigenschappen om de structuur van hun kiezers, in plaats van de atomen waaruit ze bestaan. Bijvoorbeeld kan sub-golflengte metaaldraden zijn ingericht om een effectieve elektrische permittiviteit dat positief of negatief is bij een bepaalde frequentie hebben, in tegenstelling tot de metalen zelf ^2. Deze ongekende controle over het gedrag van licht kan mogelijk leiden tot een aantal nieuwe apparaten, zoals onzichtbaarheidsmantels ^3, negatieve brekingsindex materiaal ⁴ en lenzen die objecten op te lossen onder de diffractielimiet ^5. Echter metamaterialen die op optische, midden-infrarood en terahertz frequenties conventioneel gemaakt van nano-en micro-fabricage technieken die duur en produceren monsters die hoogstens enkele centimetres groot ^6-7. Hier presenteren we een verzinsel methode om honderden meters van metaaldraad metamaterialen produceren in vezelvorm, die een terahertz plasmonische reactie ⁸ vertonen. We combineren de stapel-en trek techniek voor microgestructureerde polymere optische vezel ⁹ met de in Taylor-wire proces ^10, met indium draden in polymethylmethacrylaat (PMMA) buizen. PMMA is gekozen omdat het een gemakkelijk te hanteren, trekbare diëlektrische met geschikte optische eigenschappen in het terahertz regio; indium omdat het een smelttemperatuur van 156,6 ° C die geschikt is voor codrawing met PMMA. We hebben een indium draad van 1 mm diameter en 99,99% zuiverheid in een PMMA buis met 1 mm binnendiameter (ID) en 12 mm buitendiameter (OD) die is afgedicht aan een einde. De buis is geëvacueerd en opgenomen met een buitenste diameter van 1,2 mm. De resulterende vezel wordt dan in kleinere stukken geknipt, en gestapeld in een grotere PMMA buis. Deze stack is afgedicht op eenend en toegevoerd aan een oven terwijl ze snel getrokken, waardoor de diameter van de structuur met een factor 10, en toename van de lengte met een factor 100. Dergelijke vezels bezitten functies op de micro-en nano-schaal, zijn inherent flexibel, massa-produceerbaar, en kan worden geweven om de elektromagnetische eigenschappen die niet zijn gevonden in de natuur vertonen. Zij vertegenwoordigen een veelbelovende platform voor een aantal nieuwe apparaten van terahertz naar optische frequenties, zoals onzichtbare vezels, geweven negatieve brekingsindex doeken, en super-oplossen van lenzen.

Protocol

Overzicht De samengestelde indium / PMMA vezels (figuur 3) wordt geproduceerd door strekken een stapel PMMA vezels inclusief een indium draad (figuur 2), die zelf worden bereid uit beschikbare PMMA buizen en draad. De gepresenteerde stappen zijn: Maak een PMMA vezel die een enkele indium draad met een diameter van geschikt voor handmatige stapelen bevat. Hiervoor eerst een PMMA buis die een 1 mm indium draad (deel 1) is geschikt voor…

Representative Results

Metamateriaal vezels werden geproduceerd met behulp van de beschreven techniek. Ze is samengesteld uit een voorvorm van 1 mm PMMA vezels met 100 urn diameter continue indium draden, figuur 2, die op hun beurt waren zelf getrokken uit een voorvorm van 1 mm indium draden opgesloten in een mantel 10 mm polymeer, geproduceerd kous door geschikte afmetingen polymeer buizen, zoals weergegeven in het schema van figuur 1. Een microscoop beeld van de dwarsdoorsnede van een voorbeeld van een meta…

Discussion

De techniek maakt de hier gepresenteerde vervaardiging kilometers continue driedimensionale metamaterialen met microschaal functie maten, bezit plasmonische respons (en dus een maat elektrische permittiviteit) in het THz bereik effectief gedragen als een hoogdoorlaatfilter. Dit kan experimenteel worden gekenmerkt met behulp terahertz tijddomein spectroscopie ^11. Dergelijke vezel-vormige metamaterialen kan worden gesneden en gestapeld in bulkmaterialen een groot aantal apparaten te realiseren of ingeweven ande…

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).