Duke ülikooli teadlased arendasid mikroskoopilisi hõbedast metallkuupe kätkeva meetodi, mis võib päädida hinnasõbralikemate, efektiivsemate ning suurema pindalaga metamaterjalist päikesepaneelide ja neeldursensorite valmistamisega.
Hõbedast nanokuupide illustratsioon.
Metamaterjalid on inimvalmistatud tahkised, mille füüsikalistele omadustele ei leidu looduses paarilisi. Nende abil on võimalik seninägematutel viisidel juhtida elektromagnetlainete, näiteks valguse levikut. Elektromagnetlainete optilise spektriosa laineid mõjutavate metamaterjalide valmistamine on aga tehnoloogiline väljakutse. Enamasti on selleks otstarbeks kasutatud litograafiat, mille tööpõhimõte sarnaneb paljuski tindiprinterile, ent tindi pritsimise asemel toimub aluspinna söövitamine.
Paraku on litograafial keerukate tahkisvormide loomisel omad puudused. Põhiliseks neist on tehnoloogia kallidus, mille tõttu on tööstuslike tootmismahtude saavutamine ja suurte pindalade söövitamine äärmiselt kulukas.
„Lähenesime probleemile teisiti, söövitamise asemel hakkasime metastruktuure kasvatama. Nii saame tõenäoliselt valmistada seadmeid, näiteks päikesepaneele, mis katavad oluliselt suuremaid pindalasid kui seni. Uue meetodi kasutamise lihtsus on meie poolt katseliselt tõestatud,“ ütles Duke Pratt Tehnikakooli teadur Cristian Ciracì.
Ciracì ja tema kaasteadlaste töö, mis viidi läbi Duke ülikooli professor David R. Smithi arvutitehnika laboris, avaldati 6. detsembril mainekas teadusajakirjas Nature.
Paljude metamaterjalide rakenduste jaoks on oluline eelkõige elektromagnetkiirguse neeldumise moduleerimine. Metallid võivad olla väga head kiirguspeeglid, milles võib veenduda iga peeglissevaataja, ent päikesepaneelide jaoks on seevastu oluline maksimaalne soovitud kiirguse neeldumine.
„Metallosistel põhinevad metamaterjalid on iseäranis efektiivsed neelurid, sest nende valmistamistehnoloogia võimaldab muuta nii valmisseadme magnetilisi kui elektrilisi omadusi,“ ütles Ciracì.
Uuel Duke’i ülikooli töörühma valmistatud metamaterjalil on kolm põhilist struktuurielementi. Aluskihi moodustab õhuke kullakile. See on omakorda kaetud nanomeetri suurusjärgu paksuse isolaatoriga. Isolaatorit katab miljonitest isepakkunud nanokuupidest kiht. Artiklis kajastatud eksperimentides valmistati nanokuubikud hõbedast.
„Nanokuubid sõna otseses mõttes puistatakse alusmaterjalile. Kiirguskostet saame varieerida konstruktsiooni geomeetria abil. Meie meetodiga on võimalik valmistada suuremaid metapindasid kui litograafiaga,“ kommenteeris Ciracì.
Metallid enamasti küll peegeldavad elektromagnetlaineid, ent hõbedast nanokuubikud käituvad füüsikaliselt justkui antennikesed, mis saavad metallpinna summaarse peegelduse nullistada.
„Ühte tahkisesse koondatud erinevate metamaterjalide abil on võimalik saavutada keerukamaid peegeldumisspektreid. Siis muutub võimalikuks eksootilisemate rakenduste, näiteks dünaamilise tindi (dynamic ink) valmistamine,“ ütles Ciracì lõpetuseks.
Allikas: Phys.org