12 януари 2021 г
Нанокомпозитът за печат преодолява производствените ограничения на metalenses
(
Прожектор на Nanowerk
) Metalenses са ултратънки, плоски повърхности, които използват наноструктури за фокусиране на светлината. Те привлякоха огромно внимание, защото могат да преодолеят ограниченията на конвенционалните обемисти, извити и тежки пречупващи оптични лещи и са готови да революционизират всичко - от микроскопията до камерите, сензорите и дисплеите.
Въпреки тези предимства, масовото производство на тази плоска оптика – например за устройства с вълнообразно ниво – все още не е възможно поради ниската производителност и високата цена на електронно-лъчевата литография, която обикновено се използва за направата на металензи.
Необходими са материали с възможност за печат и с висок индекс на пречупване за масовото производство на високоефективни метали, включително общи
метаповърхности
. Досега обаче няма материал, който да отговаря на тези изисквания.
Изследователи в Корея сега са разработили високопроизводителен, мащабируем нанокомпозитен метод за печат за производство на металензи на ниска цена, проправяйки пътя към комерсиализирането им.
Екипът публикува откритията си в
ACS Nano
(
„Печатни нанокомпозитни метали за близко инфрачервено изображение с висок контраст“
).
Сравнение на конвенционален и метален. (Изображение: Rho Research Lab, POSTECH)
В предишни изследвания титановият диоксид (TiO
2
) или галиев нитрид (GaN) са използвани като подходящи материали за високоефективни метаповърхности. Производството – отлагане и ецване – на тези материали обаче е голямо предизвикателство и твърде скъпо за комерсиализация.
„В контраст“, както проф.
Джунсук Ро
от Университета за наука в Поханг & Technology (POSTECH), който ръководи тази работа, обяснява на Nanowerk, „нашият нанокомпозитен материал, който също е подходящ за високоефективни метаповърхности, може да бъде формован в метални повърхности само с една стъпка на печат без никакви вторични операции като отлагане на тънък слой или плазмено ецване."
Изследователите синтезираха своя нанокомпозит чрез диспергиране на силициеви наночастици в матрицата на UV-втвърдяваща се смола, за да постигнат висок индекс на пречупване, за да увеличат ефективността на металензиите. Формата за печат може да се използва многократно, така че широкомащабните метали могат да се отпечатват бързо и многократно.
Схема на едноетапния процес на метален печат. (Адаптирано и препечатано с разрешение от Американското химическо дружество) (щракнете върху изображението, за да го увеличите)
Произведените метали показват ефективност на фокусиране от 47% при λ = 940 nm и, според екипа, ефективността може да бъде увеличена допълнително чрез оптимизиране на състава на силициевия нанокомпозит.
Въпреки че силициевите наночастици са били използвани като ключов елемент на този нанокомпозит, екипът посочва, че все още има много видове наночастици – като квантови точки и преобразуващи наночастици – които потенциално могат да бъдат използвани вместо тях.
„Ефектите на тези функционални наночастици с метаповърхности все още не са установени и ние вярваме, че ще бъде възможно да се открият нови квантово-нанофотонни явления или да се разработят нови нанофотонни устройства като нано-лазери“, казва Ро.
Той отбелязва, че процесът на нанокомпозитен печат, демонстриран от екипа му, може да се приложи не само към металензи, но и към общи метаповърхности като метахолограми, цветни филтри, перфектни абсорбери и оптични наметала.
Изображение на отпечатан метал с диаметър 4 мм, монтиран върху тръба на обектив с диаметър 1 инч. Зеленият кръг е металенс. Вмъкването показва SEM изображение на силициевите нанокомпозитни структури, които изграждат металите (изследователите са изработили нанопилари с диаметър от 260 до 650 nm). (Изображение: Rho Research Group, POSTECH)
Прилагайки своята нанокомпозитна техника за печат, изследователите демонстрират близък инфрачервен (NIR) metalens, който може да има приложения в LiDAR сензори (приемници), IR камери, видеонаблюдение, устройства за нощно виждане и биометрични устройства като разпознаване на вени.
Този метод на печат също е в състояние да реализира видими метални обективи и възможните приложения в тази област включват ултратънки модули за оптични камери (смартфони), компактни лещи за DSLR камери и много други оптични устройства, използващи конвенционални оптични лещи.
„Има много опити за коригиране на различни оптични аберации като сферична аберация, хроматична аберация и кома, като се използва само един метален елемент“, казва Ро. "Някои от прецедентните работи показаха такава обещаваща възможност, но стратегията за проектиране не беше перфектна. Следователно трябва да разработим нови принципи на проектиране за такива без аберации металензи."
„Най-голямото предизвикателство пред бъдещите изследвания в тази област е, че числената симулация на метаповърхности отнема много време“, заключава той. "Следователно трябва да разработим нови подходи за проектиране на метаповърхности; дълбокото обучение може да бъде обещаващ кандидат за тази цел."
От
Майкъл
Бъргер
–
Майкъл е автор на три книги от Кралското дружество по химия:
Нанообщество: Разширяване на границите на технологиите
,
Нанотехнологии: Бъдещето е малко
и
Наноинженерство: Уменията и инструментите, които правят технологиите невидими
Авторско право ©
Nanowerk
Бюлетин на Nanowerk
Получавайте нашите актуализации за нанотехнологиите във входящата си кутия!
Абонирайте се
Зарежда се...
Благодаря ви!
Вие успешно се присъединихте към нашия списък с абонати.
Станете гост автор на Spotlight!
Присъединете се към нашата голяма и нарастваща група от
гостуващи сътрудници
. Току-що сте публикували научна статия или имате други вълнуващи разработки, които да споделите с общността на нанотехнологиите?
Ето как да публикувате на nanowerk.com
.
Тези статии също може да ви заинтересуват: