316
Новий метаматеріал поглинає електромагнітну енергію без нагріву
Метаматеріали є синтетичними матеріалами, що складаються з багатьох окремих складових, які колективно дають властивості, які не знайдені в природі. Уявіть електромагнітні хвилі, що переміщаються через плоску поверхню тисяч крихітних електричних клітин. Якщо дослідники можуть налаштувати кожен елемент, щоб маніпулювати хвилі певним чином, то вони можуть запитати, як хвиля повинна бути в цілому.
Для маніпуляції електромагнітними хвилями дослідники, як правило, повинні використовувати електропровідність металів. Однак цей підхід приносить з ним фундаментальну проблему металів – чим вище електропровідність, тим більше матеріал підігріває. Це обмежує їх використання при температурі чутливих процесах.
У своїй новій роботі електричні інженери в Дюкському Університеті демонструють перший повністю діелектричний (неметалічний) метаматеріал — поверхня якого покрита циліндрами, такими як поверхня лего шматочка, яка призначена для поглинання хвилі терагерца. У зв'язку з тим, що цей частотний діапазон між інфрачервоними хвилями і мікрохвильовою піччю, підхід може застосовуватися практично до будь-якої частоти електромагнітного спектру.
«Народі будували цей тип пристрою, але попередні спроби з діелектриками завжди були паровані з деякими металами», - сказав Вілі Пастила, професор електротехніки та комп'ютерної техніки в Університеті герцога. «Ми все ще повинні порівнювати процес, оскільки розробка декількох технологій буде набагато простіше з метаматеріалом, ніж з металами. й
Давайте розглянемо один з циліндрів, що містяться в новому неметалічному метаматеріалі. Стрілки показують, як різні аспекти взаємодії електромагнітного поля з циліндром.
Папілля та його колеги створили їх метаматеріал з кремнію, покритого бороном. За допомогою комп'ютерних імітацій, вони розраховують, як хвилі терагерцу будуть взаємодіяти з циліндрами різної висоти і ширини.
Дослідники після виготовлення прототипу, що складається з сотні оптимізованих циліндрів, вирівнюваних в ряді на плоскій поверхні. Фізичні тести показали, що новий «метафрецес» всмоктував 97,5% енергії, виробленої хвилями при частоті 1,011 THz.
Ефективне поглинання енергії електромагнітних хвиль є важливою властивістю для багатьох технологій і додатків. Наприклад, термовізійні пристрої можуть працювати в діапазоні terahertz, і тому раніше раніше метал був частково використаний в них, і отримання чітких зображень було досить складним завданням. " Теплові подорожі швидко переходить в метали, що є проблемою для термознімків, - сказав Лю Xinyu, членом лабораторії Пастилья та співавтором паперу. Є способи утеплення металу в процесі виготовлення, але це стає громіздким і дорогим процесом.
Ще одним потенційним додатком для нової технології є ефективне освітлення. Навісні лампи дають світло, але також створюють значну кількість невикористаного тепла. Вони повинні працювати при високих температурах, щоб виробляти світло, що значно вище точки плавлення більшості металів.
«Ми можемо виготовити діелектричну метапазу, призначену для випромінювання світла без виробництва бічного тепла», - сказав Пастила. «Хто ми вже змогли зробити це з метаматеріалами на основі металів, матеріал все одно доведеться працювати при високих температурах». Діелектричні матеріали виплавляють точки значно вище металів, тому ми намагаємося перенести цю технологію в інфрачервоний спектр для демонстрації такої системи освітлення.
Джерело: екотехнології
Для маніпуляції електромагнітними хвилями дослідники, як правило, повинні використовувати електропровідність металів. Однак цей підхід приносить з ним фундаментальну проблему металів – чим вище електропровідність, тим більше матеріал підігріває. Це обмежує їх використання при температурі чутливих процесах.
У своїй новій роботі електричні інженери в Дюкському Університеті демонструють перший повністю діелектричний (неметалічний) метаматеріал — поверхня якого покрита циліндрами, такими як поверхня лего шматочка, яка призначена для поглинання хвилі терагерца. У зв'язку з тим, що цей частотний діапазон між інфрачервоними хвилями і мікрохвильовою піччю, підхід може застосовуватися практично до будь-якої частоти електромагнітного спектру.
«Народі будували цей тип пристрою, але попередні спроби з діелектриками завжди були паровані з деякими металами», - сказав Вілі Пастила, професор електротехніки та комп'ютерної техніки в Університеті герцога. «Ми все ще повинні порівнювати процес, оскільки розробка декількох технологій буде набагато простіше з метаматеріалом, ніж з металами. й
Давайте розглянемо один з циліндрів, що містяться в новому неметалічному метаматеріалі. Стрілки показують, як різні аспекти взаємодії електромагнітного поля з циліндром.
Папілля та його колеги створили їх метаматеріал з кремнію, покритого бороном. За допомогою комп'ютерних імітацій, вони розраховують, як хвилі терагерцу будуть взаємодіяти з циліндрами різної висоти і ширини.
Дослідники після виготовлення прототипу, що складається з сотні оптимізованих циліндрів, вирівнюваних в ряді на плоскій поверхні. Фізичні тести показали, що новий «метафрецес» всмоктував 97,5% енергії, виробленої хвилями при частоті 1,011 THz.
Ефективне поглинання енергії електромагнітних хвиль є важливою властивістю для багатьох технологій і додатків. Наприклад, термовізійні пристрої можуть працювати в діапазоні terahertz, і тому раніше раніше метал був частково використаний в них, і отримання чітких зображень було досить складним завданням. " Теплові подорожі швидко переходить в метали, що є проблемою для термознімків, - сказав Лю Xinyu, членом лабораторії Пастилья та співавтором паперу. Є способи утеплення металу в процесі виготовлення, але це стає громіздким і дорогим процесом.
Ще одним потенційним додатком для нової технології є ефективне освітлення. Навісні лампи дають світло, але також створюють значну кількість невикористаного тепла. Вони повинні працювати при високих температурах, щоб виробляти світло, що значно вище точки плавлення більшості металів.
«Ми можемо виготовити діелектричну метапазу, призначену для випромінювання світла без виробництва бічного тепла», - сказав Пастила. «Хто ми вже змогли зробити це з метаматеріалами на основі металів, матеріал все одно доведеться працювати при високих температурах». Діелектричні матеріали виплавляють точки значно вище металів, тому ми намагаємося перенести цю технологію в інфрачервоний спектр для демонстрації такої системи освітлення.
Джерело: екотехнології
