Aktualności

Generacja optyki, która skróci czas gotowania do zaledwie dwóch minut

Obwody optyczne mają za zadanie zrewolucjonizować wydajność wielu urządzeń. Nie tylko są one 10 do 100 razy szybsze od obwodów elektronicznych, ale również zużywają znacznie mniej energii. W obrębie tych obwodów fale świetlne są kontrolowane przez niezwykle cienkie powierzchnie zwane metapowierzchniami. Skupiają one fale i ukierunkowują je w razie potrzeby. Na metapowierzchni w równych odstępach rozmieszczone są nanocząsteczki. Mogą one modelować fale elektromagnetyczne za pomocą fal o długości mikrometra.

Metapowierzchnie mogą umożliwić inżynierom tworzenie elastycznych obwodów fotonicznych i ultracienkich układów optycznych do wielu zastosowań. Na przykład od elastycznych tabletów po panele słoneczne o zwiększonej zdolności absorpcji światła. Mogą być one również wykorzystywane do tworzenia elastycznych czujników do bezpośredniego umieszczania na skórze pacjenta. Umożliwi to  pomiar impulsów i ciśnienia krwi lub do wykrywanie określonych związków chemicznych. Problem polega na tym, że tworzenie metapowierzchni przy użyciu konwencjonalnej metody – litografii, to wymagający proces. Z reguły trwa kilka godzin i musi być wykonany w sterylnym pomieszczeniu. Jednakże inżynierowie EPFL z Laboratorium Materiałów Fotonicznych i Urządzeń Włókienniczych (FIMAP) opracowali prostą metodę ich wytwarzania w ciągu kilku minut w niskich temperaturach – a czasem nawet w temperaturze pokojowej – bez potrzeby stosowania sterylnego pomieszczenia. Metoda School of Engineering EPFL pozwala na produkcję sztywnych lub elastycznych metapowierzchni ze szkła dielektrycznego.

Przekształcanie słabości w siłę:

Nowa metoda wykorzystuje naturalny proces stosowany już w mechanice płynów: odwadnianie. Dzieje się tak, gdy cienka warstwa materiału jest osadzana na podłożu, a następnie podgrzewana. Ciepło powoduje, że folia cofa się i rozpada na drobne nanocząsteczki. “Odwarstwianie jest postrzegane jako problem w produkcji, ale postanowiliśmy wykorzystać je na naszą korzyść”, mówi Fabien Sorin. Dzięki tej metodzie inżynierowie po raz pierwszy byli w stanie stworzyć metapowierzchnie ze szkła dielektrycznego, a nie metapowierzchnie metaliczną.

Zaletą metapowierzchni dielektrycznych jest to, że pochłaniają one bardzo mało światła i mają wysoki współczynnik załamania światła, co umożliwia modulację światła, które przez nie przepływa. Aby zbudować te metapowierzchnie, inżynierowie najpierw stworzyli podłoże o pożądanej strukturze. Potem osadzili materiał – w tym przypadku szkło chalkogenidkowe – w cienkich warstwach o grubości zaledwie kilkudziesięciu nanometrów. Podłoże było następnie podgrzewane przez kilka minut, aż do momentu, gdy szkło stało się bardziej płynne oraz nanocząsteczki miały rozmiary i umieszczone były w pozycjach narzuconych przez strukturę podłoża. Metoda ta jest tak wydajna, że może produkować metapowierzchnie bardzo wysokiej klasy z kilkoma poziomami nanocząsteczek lub w szeregach nanocząsteczek rozmieszczonych co 10 nm. To sprawia, że metapowierzchnie są bardzo wrażliwe na zmiany warunków otoczenia. Na przykład w celu wykrycia obecności nawet bardzo niskich stężeń biocząsteczek. “Jest to pierwszy przypadek wykorzystania odwadniania do tworzenia szklanych metapowierzchni. Zaletą jest to, że nasze metapowierzchnie są gładkie i regularne. Mogą one być łatwo wytwarzane na dużych powierzchniach i elastycznych podłożach”, mówi Sorin.

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com/news/2019/2/12/next-generation-optics-in-just-two-minutes-of-cooking-time
Redaktor: Filip Elgert

Podobne artykuły

Zmiany koloru skóry kameleonów z zielonego w turkusowy i z różowego w pomarańczowy to niezawodny znak, że natura jest doskonałym projektantem. Złożone nanomechanizmy dyskretnie i z dużą łatwością przyczyniają się do stworzenia kamuflażu tych jaszczurek, dzięki czemu ich skóra...
Połów bakterii nie brzmi jak najbardziej relaksująca rozrywka na świecie. Jest to jednak coś, czego dokonali naukowcy z międzynarodowego zespołu za pomocą zakrzywionego promienia światła. Naukowcy z ITMO University, Tomsk State University, University of Central...