Изготовление метамолекул с помощью 3D-метаматериалов

Метаматериалы, известные как невидимый плащ Гарри Поттера, представляют собой искусственные наноструктуры, предназначенные для управления свойствами света. Однако практическое применение этой технологии в повседневной жизни зависит от коммерциализации производственного процесса, что требует значительных затрат.

Исследовательская группа под руководством профессора Джунсука Ро с кафедры машиностроения и кафедры химической инженерии, исследователя Вон Гын Кима и кандидата наук Хонгюн Ким с кафедры машиностроения Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) разработала подход. Их метод сочетает в себе трехмерную нанопечать с технологией совместной сборки, что приближает метаматериалы на один шаг к тому, чтобы стать коммерчески доступными. Результаты этих исследований были представлены в Маленькиймеждународный журнал в области нано- и микроматериаловедения.

Традиционно метаматериалы создаются путем нанесения физических и химических слоев на такие материалы, как кремний и смола (пластик), с последующим процессом, называемым литографией. К сожалению, этот метод является дорогостоящим и ограниченным с точки зрения применяемых материалов. Следовательно, академическое сообщество недавно переключило свое внимание на создание метаматериалов путем сборки частиц, а не на дорогостоящий процесс сбривания поверхности.

В этом исследовании исследовательская группа использовала комбинацию трехмерной нанопечати и методов совместной сборки. Первоначально они создали метамолекулы, похожие на малину, используя наночастицы кремнезема (стекла) и золота разного размера. Впоследствии эти малиновые структуры были сложены друг на друга, что привело к успешному созданию метаматериалов миллиметрового размера. По сути, исследовательская группа разработала технологию процесса, которая позволяет экономически эффективно производить метаматериалы желаемой формы в отличие от традиционных и более дорогих методов.

Проведенные эксперименты продемонстрировали возможности метаматериалов по управлению светом, созданных в результате работы команды. Примечательно, что произошло значительное уменьшение рассеянного света в видимой области. Это исследование знаменует собой первый случай проверки оптических свойств метамолекул в растворе с использованием структур миллиметрового размера. Этот подход позволяет наблюдать результаты невооруженным глазом или с помощью простой установки микроскопа, устраняя необходимость в специальном оборудовании для проверки. Кроме того, команда добилась точного контроля над оптическими свойствами, регулируя соотношение наночастиц кремнезема и золота в метаматериале.

Профессор Джунсук Ро, возглавлявший исследование, заявил: «Этот прорыв позволяет разрабатывать и реализовывать нанофотоны свободной формы, преодолевая ограничения существующих процессов производства метаматериалов». широкий выбор материалов, включая квантовые точки, частицы катализатора и полимеры, что делает его применимым в самых разных областях: от датчиков до дисплеев, а также в исследованиях метаматериалов».

Исследование спонсировалось программой Центра конвергентных исследований POSCO-POSTECH-RIST, а также Программой исследователей среднего звена, Региональным ведущим исследовательским центром и Исследовательской программой STEAM Национального исследовательского фонда Кореи, финансируемой Министерством науки и науки. ИКТ.