Diese Arbeit wurde im Rahmen Australian Research Council Discovery Projects Förderprogramm (Projekt-Nummer DP120103942) unterstützt. BTK und AA sind die Empfänger eines Australian Research Council Zukunft Fellowship (FT0991895) und Australian Research Fellowship (DP1093789) bzw..

Überblick Die zusammengesetzte Indium / PMMA-Faser (3) durch Ziehen eines Stapels von PMMA-Fasern einschließlich eines einzelnen Indiumdraht (Abbildung 2), die selbst um aus verfügbaren PMMA Rohren und Drähten hergestellt werden hergestellt. Die Schritte vorgestellt werden sind: <ol class="ualpha"><li> Produzieren eine PMMA-Faser, die eine einzige Indium-Draht mit einem Durchmesser von entsprechenden manuelles Stapeln enthält. Dazu zunächst ein PMMA Röhre, die eine 1 mm Indium-Draht (Abschnitt 1) ​​aufnehmen kann, dann sind die Indium und ziehen, um die gewünschte Größe (Abschnitt 2). </li><li> Stapel und ziehen die erhaltenen einzelnen Indium-gefüllten PMMA-Fasern (Abschnitt 3) auf die gewünschte Größe. </li></ol> § § 4 und 5 detailliert die Zeichnung Prozesse in den Abschnitten 2 und 3 verwendet. Ein. Herstellung der PMMA Mantelrohr Die PMMA Mantelrohr verwendet, um die 1 mm Indiumdraht Struktur wird durch stretchi gemachtng und Schlauch Standard-PMMA Rohre in der primären draw-Verfahren (Abschnitt 4), um eine endgültige PMMA Ummantelung Rohr ID 1 mm und Ø 12 mm. <ol><li> Cut PMMA Rohre mit ID von 6mm und OD von 12 mm bis 600 mm Länge. Mehrere Röhren PMMA zum späteren Verwendung während der Schlauch hergestellt werden. </li><li> Annealen die PMMA Rohre im Glühofen bei 90 ° C für mindestens 5 Tage. </li><li> Entfernen Sie ein PMMA Rohr aus Glühofen und lassen Sie ihn auf Raumtemperatur abkühlen. </li><li> Reinigen Sie die Oberfläche der PMMA-Rohr mit Isopropanol Wischtücher und trocknen lassen. </li><li> Bringen Sie die PMMA-Rohr nach oben Extender (Abbildung 6) mit Reflexstreifen (Abbildung 7). </li><li> Bringen Sie die PMMA-Rohr zur primären draw unten Extender (Abbildung 6) mit Reflexstreifen (Abbildung 8). </li><li> Dehnen Sie die PMMA-Rohr in der primären Ziehvorgang (siehe Abschnitt 4). Beachten Sie, dass kein Vakuum für diese Stufe ist nicht erforderlich. Die PMMA-Rohr aus gestrecktØ 12 mm bis 6 mm. </li><li> Entfernen Sie die gestreckte Schlauch von der Verlosung Turm nach Zeichnung. </li><li> Schneiden Sie das gestreckte Rohr in 550 mm Länge. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1,3 und 1,4. </li><li> Erhitzen Sie die Oberseite des gestreckten Rohr mit einer Heißluftpistole, bis das Material weich und Einfaßgedichtete das Loch mit einer Zange (Abbildung 9). </li><li> Legen der gestreckten Röhre in der neuen Rohr, um das PMMA PMMA Schlauchanordnung (Abbildung 10) zu erstellen. Auf der Unterseite des PMMA Rohrbaugruppe (dh der Seite, die den inneren gestreckten Rohres geöffnet hat), Wickel Polytetrafluorethylen (PTFE) Band, wie in 10 gezeigt, um den Spalt zwischen dem Rohr und dem gestreckten neuen PMMA Rohr abzudichten. </li><li> Befestigen oberen Ende des PMMA Rohrbaugruppe (dh der Seite, die die innere gestreckte Schlauch besitzt abgedichteten) an der oberen Verlängerung (7), mit einer inneren Schicht von Klebeband, einer mittleren Schicht aus PTFE-Band, und eine äußere Schicht aus reflektierendem Klebeband. Sicherstellen, dass diePTFE-Band ist straff und alle Lücken zwischen den PMMA-Baugruppe und dem oberen Extender sind versiegelt. </li><li> Bringen Sie die PMMA-Rohr an den primären draw unten Extender wie in 1.6 gezeigt. </li><li> Stretch und Hülse die PMMA-Tubus in der primären Ziehvorgang mit Vakuum (siehe Abschnitt 4). Das PMMA Rohrbaugruppe aus Ø 12 mm bis 6 mm gedehnt. </li><li> Die daraus resultierende gestreckte PMMA Mantelrohr werden ID / OD von etwa 0,25. Wiederholen von 1,9 bis 1,15, bis die endgültige PMMA Mantelrohr weist ID / OD von ca. 0,1 mit einem ID von 1 mm (Abbildung 1). </li></ol> 2. Herstellung der Indium gefüllt Fiber Die 1 mm Indium Draht Ärmeln und streckte in der PMMA Mantelrohr in Abschnitt 1 mit der sekundären draw-Verfahren (Abschnitt 5) Indium gefüllten Faser mit einer endgültigen OD 1,2 mm produzieren. <ol><li> Vorbereiten und Glühen PMMA Ummantelung Rohre in 1,1 gezeigt - 1,4. </li><li> Schneiden Sie die Indium-Draht bis 550 mm Länge.</li><li> Legen Indium Draht in die PMMA Mantelrohr, das Indium gefüllt Vorformlingsbaugruppe wie in 11 gezeigt zu erzeugen. </li><li> Dichten die Unterseite der Ummantelung PMMA Röhre nach 1,11 gezeigt. </li><li> Befestigen Indium gefüllt Vorformlingsbaugruppe nach oben Streckmittel wie in 1.13 und dem sekundären Extender draw unten dargestellt als in 1.14 dargestellt. </li><li> Dehnung und Hülse das Indium gefüllt Vorformlingsbaugruppe im sekundären Ziehprozesses mit Vakuum bis Indium gefüllten Faser (siehe Abschnitt 5) eines endgültigen OD 1 mm unter 15-20 g Spannung abgezogen machen. </li><li> Entfernen Sie die Spule von Indium gefüllten Faser aus dem Turm nach der Auslosung beendet ist. </li><li> Untersuchen der Stirnfläche und entlang der Längslänge des Indium gefüllten Faser unter Verwendung eines Lichtmikroskops. Problematisch Defekte beinhalten Trennung zwischen dem Draht und Indium PMMA Schlauch Schnittstelle, Schwankungen in der Drahtdurchmesser oder Bruch Risse entlang der Länge der Faser. Optisches Mikroskop Bilder der indium gefüllte Faser sind in Abbildung 2 dargestellt, die einen kontinuierlichen Draht 100 um Indium in einer 1 mm OD PMMA-Faser. </li><li> Wiederholen von 2,1 bis 2,8, bis genügend Indium gefüllten Faser für das Indium gestapelten Vorform hergestellt wird. </li></ol> 3. Herstellung der Indium Stacked Fiber Das Indium stacked Faser wird durch erste Stapeln der Indium gefüllten Fasern in Secton 2 in einem größeren PMMA Vorform Mantelrohr, die dann gestreckt und Ärmeln zu den gewünschten Faserdimensionen Verwendung der sekundären draw-Verfahren (Abschnitt 5) produziert hergestellt. <ol><li> Bereiten Sie die PMMA Vorform Mantelrohr wie in 1.1 dargestellt. Zu Demonstrationszwecken werden wir eine PMMA-Rohr von 12 mm Außendurchmesser und 9 mm ID. </li><li> Schneiden Sie das Indium gefüllten Fasern bis 550 mm Länge. </li><li> Reinigen Sie die Oberfläche des PMMA Vorform Mantelrohr und der Indium-gefüllten Faser mit Isopropanol Wischtücher und trocknen lassen. </li><li> Bündeln Sie die Indium gefüllten Faser mit Gummibändern und steckenin den PMMA Vorform Mantelrohr, wodurch die Fasern gerade und sind einem Festsitz (Abbildung 12). </li><li> Annealen die gestapelten Vorformlingsbaugruppe im Kühlofen bei 90 ° C für mindestens 5 Tage. </li><li> Entfernen Sie die gestapelten Vorformlingsbaugruppe aus dem Glühofen und erlauben es auf Raumtemperatur abkühlen. </li><li> Befestigen Indium gefüllt Vorformlingsbaugruppe nach oben Streckmittel wie in 1.13 und dem sekundären Extender draw unten dargestellt als in 1.14 dargestellt. </li><li> Stretch und Hülse die gestapelten Vorformanordnung im sekundären Ziehprozess mit Vakuum bis zu Indium-stacked Faser (siehe Abschnitt 5) zu machen. Dies wird zu einer endgültigen OD 0,6 mm unter 80 g Spannung abgezogen, wodurch ein Metamaterial enthaltende Faser 5 mm Drähte durch 50 um getrennt gestreckt. Ein optisches Mikroskop Querschnittsbild des erhaltenen Faser ist in Abbildung 3 dargestellt. </li><li> Entfernen Sie die Spule aus Indium-stacked Faser aus dem Turm nach der Auslosung beendet ist. </li><li> Inspect die Stirnfläche und entlang der Längslänge des Indium gestapelten Faser nach 2.8 (Figur 3) dargestellt. </li></ol> 4. Primäre Draw-Prozess Der primäre Ziehprozesses wird verwendet, um Vorformlinge zu Außendurchmessern größer als 1 mm dehnen. Das folgende Verfahren wird in Abschnitt 1: Herstellung des PMMA Jacketing Tube. <ol><li> Legen Sie die Vorform auf dem Ziehturm durch Einklemmen der oberen Extender zum Dreibackenfutter. Speisen die Vorform in die heiße Zone des Ofens (13). Richten Sie die Vorform mit dem XY Mikrometer Bühne. Schließen Sie die obere Platte des Ofens. </li><li> Das Vorheizen Stufe erhöht die Temperatur der Querschnittsfläche des Vorformlings auf die Zeichnung Temperatur unter Verwendung des Temperaturprofils in Abbildung 14 dargestellt. </li><li> Sie leitet die Ziehprozesses durch Erhöhung der Temperatur bis 185 ° C, Beginn der Vorschub von 5 mm / min, zeichnen sich bei 6 mm / min und endet ter ziehen Einheit Klammern. Untersuchen Sie das Verhalten der Zugspannung über die Zeit (Abbildung 15). <ul><li> Wenn die Spannung exponentiell ansteigt, stoppen die Futter-und Zugeinheiten, 1 min warten, damit die Vorform zu erwärmen, um Ziehtemperatur, bevor das Futter und zeichnen Einheiten wieder. Wiederholen Sie den Test, bis die Spannung stabilisiert. </li><li> Wenn die Spannung sinkt, erhöhen die Reckrate von 1-2 mm / min. Weiterhin Erhöhen der Abziehrate in 1-2 mm / min Schritten (solange die Spannung entweder konstant bleibt oder zu sinken beginnt), bis die erforderliche Reckrate erreicht. </li></ul></li><li> Wenn Vakuum benötigt wird, schließen Sie das Vakuum-Röhre, um das Vakuum versiegelt top Vorform Extender mit Blu-Tac (Abbildung 13). Schalten Sie das Vakuum nach dem Futter und Zugeinheiten begonnen haben, um sicherzustellen, wird die Vorform symmetrisch Zeichnung. </li><li> Verwenden Sie die primäre Zeichnung Bedingung in Tabelle 1 als Leitfaden bei der Erstellung der Vorform. Beachten Sie die Ofentemperatur und das Verhältnis bVergleicht man das Futter und ziehen rate müssen überwacht werden, um konstante OD und die Zugspannung zu halten. Beachten Sie, dass eine vorläufige Außendurchmesser für die gezogenen Faser aus einer Massenbilanz Gleichung erhalten werden, D final = D start (F / D) 1/2 wobei D endgültig - wird die endgültige Faserdurchmesser, D Start der anfängliche Durchmesser Vorform ist, F die Zufuhrrate und D die Reckrate. Stoppen Sie die Fütterung und Ziehgeschwindigkeit und Schalter des Ofens, wenn die Vorform abgeschlossen ist. Entfernen des Vorformlings von dem Ziehturm sobald der Vorformling auf Raumtemperatur abkühlt. </li></ol> 5. Sekundäre Draw-Prozess Der sekundäre Ziehprozesses wird verwendet, um Vorformlinge zu ODs kleiner als 1 mm dehnen. Das folgende Verfahren wird in Abschnitt 2 verwendet: Herstellen der Indium gefüllten Faser und 3: Herstellung des Indium-stacked Faser. <ol><li> Lädt die Vorform für die secondary Ziehung ist die gleiche wie in der primären Ziehprozesses (Schritt 4.1). </li><li> Die Vorwärmstufe für den sekundären Ziehung ist die gleiche wie in der primären Ziehprozesses (Schritt 4.2). </li><li> Die Vorform beginnt zu Hals nach unten, sobald der Ziehtemperatur erreicht ist. Das Drop-Down der Vorform verlässt den Boden des Ofens durch das Gewicht des unteren Streckmittel Bereitstellen der Ausgangsstruktur Ziehkraft (Abbildung 16). </li><li> Starten Sie den Vorschub (2,5 - 5 mm / min) und starten Sie die Erhöhung der Ofentemperatur (2,5 - 5 ° C), um die Geschwindigkeit der Drop-down-Steuerung. Der Faserdurchmesser sollte rund 250 gehalten werden - 500 um, um die Faser Einrasten verhindern. </li><li> Befestigen der Faser an dem Capstan Rad, das mit einer geringen Geschwindigkeit von unter 1 m / min zunächst dreht. Wickeln Sie das Faser um den Tänzer Räder und heften sich an die Faserspule. </li><li> Wenn Vakuum benötigt befestigen Vakuumröhre nach 4.4. </li><li> Die Faserzieheinheit wird zunächst unter transienten Ziehbedingungen sein. Set der Vorschub, zeichnen Geschwindigkeit und Ofentemperatur auf den gewünschten draw Zustandswerte. Faserdurchmesser und Zugspannung wird bis steady state schwanken nach wenigen Minuten erreicht. </li><li> Verwenden Sie den sekundären Zeichnung Zustand, in Tabelle 2 als Leitfaden bei der Erstellung der Vorform. Beachten der Ofentemperatur und das Verhältnis zwischen der Zuführung und Reckrate zu überwachen, um konstante OD und die Zugspannung aufrechtzuerhalten. </li><li> Beenden Sie den Prozess, wie in 4.5 dargestellt. </li></ol>

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	<li>Cai, W., Shalaev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications. , (2010).</li><li>Pendry, J. B., Holden, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extremely+Low+Frequency+Plasmons+in+Metallic+Mesostructures.">Extremely Low Frequency Plasmons in Metallic Mesostructures.</a> Phys. Rev. Lett. 76, 4773-4776 (1996).</li><li>Schurig, D., Mock, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterial+Electromagnetic+Cloak+at+Microwave+Frequencies.">Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies.</a> Science. 314, 977-980 (2006).</li><li>Shalaev, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+negative-index+metamaterials.">Optical negative-index metamaterials.</a> Nat. Photonics. 1, 41-48 (2007).</li><li>Liu, Z., Lee, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Far-field+optical+hyperlens+magnifying+sub-diffraction-limited+objects.">Far-field optical hyperlens magnifying sub-diffraction-limited objects.</a> Science. 315, (2007).</li><li>Boltasseva, A., Shalaev, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+optical+negative-index+metamaterials:+Recent+advances+and+outlook.">Fabrication of optical negative-index metamaterials: Recent advances and outlook.</a> Metamaterials. 2, 1-17 (2008).</li><li>Soukoulis, C. M., Wegener, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Past+achievements+and+future+challenges+in+the+development+of+three-dimensional+photonic+metamaterials.">Past achievements and future challenges in the development of three-dimensional photonic metamaterials.</a> Nat. Photonics. 5, 523-530 (2011).</li><li>Tuniz, A., Kuhlmey, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drawn+metamaterials+with+plasmonic+response+at+terahertz+frequencies.">Drawn metamaterials with plasmonic response at terahertz frequencies.</a> Appl. Phys. Lett. 96, 191101 (2010).</li><li>Argyros, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructured+polymer+optical+fibers.">Microstructured polymer optical fibers.</a> J. Lightwave Technol. 27, 1571-1579 (2009).</li><li>Donald, I. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production,+properties+and+applications+of+microwire+and+related+products.">Production, properties and applications of microwire and related products.</a> J. Mater. Sci. 22, 2661-2679 (1987).</li><li>Grischkowsky, D., Keiding, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Far-infrared+time-domain+spectroscopy+with+terahertz+beams+of+dielectrics+and+semiconductors.">Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 7, 2006-2015 (1990).</li><li>Wang, A., Tuniz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+metamaterials+with+negative+magnetic+permeability+in+the+terahertz.">Fiber metamaterials with negative magnetic permeability in the terahertz.</a> Opt. Mat. Express. 1, 115-120 (2010).</li><li>Tuniz, A., Lwin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stacked-and-drawn+metamaterials+with+magnetic+resonances+in+the+terahertz+range.">Stacked-and-drawn metamaterials with magnetic resonances in the terahertz range.</a> Opt. Express. 19, 16480-16490 (2011).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die hier vorgestellte Technik ermöglicht die Herstellung von Kilometern kontinuierlichen dreidimensionalen Metamaterialien mit mikro-Funktion Größen besitzen eine plasmonischen Antwort (und damit eine maßgeschneiderte elektrische Permittivität) im THz-Bereich effektiv zu verhalten wie ein High-Pass-Filter. Dies kann experimentell charakterisiert werden mit Terahertz-Time-Domain-Spektroskopie 11. Solche faserförmigen Metamaterialien können geschnitten und gestapelt werden in Schüttgütern, um eine gro?...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenz / Material </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Indium 99,99% Draht, 1 mm Durchmesser </td><td> AIM Specialty </td><td> Auf Anfrage </td><td> <a href="http://www.aimspecialty.com" target="_blank">www.aimspecialty.com</a> <a href="http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf" target="_blank">http://www.aimspecialty.com/Portals/0/Files/Indium.pdf</a> </td></tr><tr><td> 2-Propanol (Isopropanol) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> Product Number 190764 </td><td> <a href="http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086" target="_blank">http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=17292086</a> </td></tr><tr><td> Klebeband </td><td> Staples </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Ein Wrap PTFE Tape, 5 ml x 12 mmW x 0,2 MMT </td><td> RS Components </td><td> RS-Nummer 231-964 </td><td> <a href="http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/" target="_blank">http://uk.rs-online.com/web/p/ptfe-tapes/0231964/</a> </td></tr><tr><td> 50 Micron Aluminium Foil Tape </td><td> Voranzutreiben Klebebänder </td><td> AT506 </td><td> <a href="http://www.advancetapes.com/Products/types/9/page1/81" target="_blank">http://www.advancetapes.com/Products/types/9/page1/81</a> </td></tr><tr><td> Blu-tak </td><td> Bostik </td><td></td><td> <a href="http://www.blutack.com/index.html" target="_blank">http://www.blutack.com/index.html</a> </td></tr><tr><td> Araldite Quick Set </td><td> Selleys </td><td></td><td> <a href="http://selleys.com.au/adhesives/household-adhesive/araldite/quick-set" target="_blank">http://selleys.com.au/adhesives/household-adhesive/araldite/quick-set</a> </td></tr><tr><td> PMMA Rohre: - ID 6 mm, Ø 12 mm - ID 9 mm, Ø 12 mm </td><td> B &amp; M Plastics: Plastic Fabrication </td><td> Auf Anfrage </td><td> <a href="http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm" target="_blank">http://www.bmplastics.com.au/about-us.htm</a> </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Betriebsmittelanforderungen </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td><ul><li> Fibre Ziehturm mit Öfen von maximal Temperaturen von mindestens 200 ° C (Heathway Polymer Draw Tower mit Preform-und Fibre-Auslosung Einrichtungen). Ein Foto von der Auslosung Turm ist in Abbildung 5 dargestellt. </li><li> Temperungsofen der maximalen Temperaturen von mindestens 90 ° C. </li><li> Lichtmikroskop. </li><li> Heißluftpistole. </li><li> Vakuumpumpe. </li><li> Top Vorform Extender (Metallrohr von 30 cm Länge und 12 mm Durchmesser). </li><li> Primäre drawunten Extender (Metallrohr von 100 cm Länge und 12 mm Durchmesser). </li><li> Sekundäre draw unten Extender (PMMA-Rohr von 20 cm Länge und 12 mm Durchmesser). </li></ul></td></tr></tbody></table>

fabricating metamaterials using the fiber drawing method

Metamaterialien sind künstlich Verbundwerkstoffen, durch Zusammensetzen Komponenten viel kleiner als die Wellenlänge, bei der sie tätig 1 hergestellt. Sie verdanken ihre elektromagnetischen Eigenschaften der Struktur ihrer Bestandteile, anstelle der Atome, die sie zu komponieren. Beispielsweise kann subwellenlängen Metalldrähten angeordnet ist, um eine effektive elektrische Permittivität, die entweder positiv oder negativ ist bei einer gegebenen Frequenz besitzen, im Gegensatz zu den zwei Metalle selbst sein. Diese beispiellose Kontrolle über das Verhalten des Lichts kann möglicherweise zu einer Reihe von neuen Geräten, wie Unsichtbarkeitsmäntel 3, negativen Brechungsindex Materialien 4 und Linsen, die Objekte unterhalb der Beugungsgrenze 5 zu lösen führen. Allerdings werden die bei optischen Metamaterialien, im mittleren Infrarot und Terahertzfrequenzen herkömmlicherweise unter Verwendung von Nano-und Mikro-Herstellungstechniken, die teuer sind und produzieren Proben, die höchstens einige wenige sind JhsZentimetern in der Größe 6-7. Hier präsentieren wir ein Herstellungsverfahren, um Hunderte von Metern Metalldraht Metamaterialien in Form von Fasern, die eine Terahertz-Plasmonen Antwort 8 aufweisen produzieren. Wir verbinden die Stapel-und-Streck-Technik verwendet, um mikrostrukturierte optische Polymerfaser 9 mit dem Taylor-Draht-Prozess 10 zu erzeugen, unter Verwendung von Indium Drähte innerhalb Polymethylmethacrylat (PMMA) Tuben. PMMA wird gewählt, da es eine einfach handhabbare, ziehfähigen Dielektrikum mit geeigneten optischen Eigenschaften in der Terahertz-Bereich; Indium, weil es eine Schmelztemperatur von 156,6 ° C aufweist was angemessen codrawing mit PMMA. Wir schließen ein Indium Drahtes mit 1 mm Durchmesser und 99,99% Reinheit in einer PMMA-Röhrchen mit 1 mm Innendurchmesser (ID) und 12 mm Außendurchmesser (OD), die an einem Ende verschlossen ist. Das Rohr wird evakuiert und nach unten zu einem äußeren Durchmesser von 1,2 mm gezogen. Die resultierende Faser wird dann in kleinere Stücke geschnitten und gestapelt in eine größere PMMA-Rohr. Dieser Stapel wird in einem dichtEnde und in einen Ofen, während sie schnell gezeichnet, Reduzieren des Durchmessers der Struktur um den Faktor 10, und die Erhöhung der Länge um einen Faktor von 100. Solche Fasern besitzen Eigenschaften, auf der Mikro-und Nano-Maßstab, sind von Natur aus flexibler, Massen-produzierbar und können gewebt, um elektromagnetische Eigenschaften, die nicht in der Natur vorkommen aufweisen werden. Sie stellen eine vielversprechende Plattform für eine Reihe von neuartigen Geräten von Terahertz um optische Frequenzen, wie unsichtbare Fasern, Gewebe negativen Brechungsindex Tücher und super-Auflösen Linsen.

Metamaterial Fasern wurden hergestellt unter Verwendung der Technik beschrieben. Sie wurde aus einer Vorform von 1 mm PMMA-Fasern mit 100 Mikrometer Durchmesser kontinuierlichen Indium Drähten, in Abbildung 2, die wiederum selbst von einer Vorform von 1 mm Indium Drähte innerhalb einer 10 mm Polymermantel enthalten, welche hergestellt wurde gezogen worden gezeigten zusammengebauten Eintaschvorrichtung durch entsprechend dimensionierte Polymer Rohre, wie in der schematischen Darstellung der Fig...

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Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterialien bei Terahertz-Frequenzen bieten einzigartige Möglichkeiten, aber sind anspruchsvoll in der Masse herzustellen. Wir passen die Fertigung Verfahren für mikrostrukturierte optische Polymerfasern, kostengünstig herzustellen Metamaterialien potenziell im industriellen Maßstab. Wir produzieren Polymethylmethacrylat Fasern mit ~ 10 Mikrometer Durchmesser Indium-Drähte durch ~ 100 um, die eine Terahertz-Plasmonen Resonanz aufweisen getrennt.

Herstellung Metamaterialien Mit dem Fiber Drawing Methode

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

13.7K Aufrufe.  University of Sydney. Metamaterialien bei Terahertz-Frequenzen bieten einzigartige Möglichkeiten, aber sind anspruchsvoll in der Masse herzustellen. Wir passen die Fertigung Verfahren für mikrostrukturierte optische Polymerfasern, kostengünstig herzustellen Metamaterialien potenziell im industriellen Maßstab. Wir produzieren Polymethylmethacrylat Fasern mit ~ 10 Mikrometer Durchmesser Indium-Drähte durch ~ 100 um, die eine Terahertz-Plasmonen Resonanz aufweisen getrennt.

Serie: Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

Die Herstellung von Nanopillar-Based Split-Ring-Resonatoren für Verschiebungsstrom Mediated Resonances in Terahertz Metamaterialien

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Installation Method to Enhance Quality Control for Fiber Reinforced Polymer Spike Anchors

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they can delay or even prevent debonding failure. However, a major concern faced by designers is the premature failure of the anchors due to stress concentration. Poor installation quality and preparation of the clearance holes can result in stress concentration that provokes this premature failure. This paper deals with an installation method that aims to reduce the impact of the stress concentration and to provide a proper quality control of the preparation of the drill hole. The method involves three parts: the drilling and cleaning of the holes, the smoothing of the hole edges with a customized drill bit, and the installation of the anchor itself, including the impregnation of the anchor dowel and its insertion. Anchor fans (the free length of the spikes) are then bonded to the external FRP reinforcement. For the end anchorage, and in the case of reinforcements with multiple plies, it is recommended that the anchor fan be inserted between two plies to assist the stress-transfer mechanism. 
The proposed procedure is complemented with a design approach for spike anchors, based on an extensive database. It is proposed that the design follow a number of steps, namely: selection of the anchor diameter and subsequent tensile strength of the connector (that is to say, the anchor before fanning out the free end), evaluation of the reduction in the tensile strength due to bending, provision of enough embedment to prevent slippage failure, and consideration of the number and spacing of anchors for a given reinforcement. In this sense, it should be noted that further research is needed in order to obtain a general expression for the contribution of spike anchors to overall bond strength of FRP reinforcements.

This manuscript presents a method for controlling the quality of installation for spike anchors designed to delay delamination of externally bonded fiber reinforced polymers. The protocol includes the preparation of the drill hole and the insertion process. The most influential parameters on the efficiency of the anchors are discussed.

Installationsmethode zur Verbesserung der Qualitätskontrolle für Faser verstärkt Polymer Spike Anker

Fiber reinforced polymer (FRP) anchors are a promising way to enhance the performance of externally-bonded FRPs applied to existing structures, as they ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-b-PVDMA), are presented. Due to the high reactivity of azlactone groups towards amine, thiol, and hydroxyl groups, PGMA-b-PVDMA surfaces can be modified with secondary molecules to create chemically or biologically functionalized interfaces for a variety of applications. Previous reports of patterned PGMA-b-PVDMA interfaces have used traditional top-down patterning techniques that generate non-uniform films and poorly controlled background chemistries. Here, we describe customized patterning techniques that enable precise deposition of highly uniform PGMA-b-PVDMA films in backgrounds that are chemically inert or that have biomolecule-repellent properties. Importantly, these methods are designed to deposit PGMA-b-PVDMA films in a manner that completely preserves azlactone functionality through each processing step. Patterned films show well-controlled thicknesses that correspond to polymer brushes (~90 nm) or to highly crosslinked structures (~1-10 &#956;m). Brush patterns are generated using either the parylene lift-off or interface directed assembly methods described and are useful for precise modulation of overall chemical surface reactivity by adjusting either the PGMA-b-PVDMA pattern density or the length of the VDMA block. In contrast, the thick, crosslinked PGMA-b-PVDMA patterns are obtained using a customized micro-contact printing technique and offer the benefit of higher loading or capture of secondary material due to higher surface area to volume ratios. Detailed experimental steps, critical film characterizations, and trouble-shooting guides for each fabrication method are discussed.

Surface fabrication methods for patterned deposition of nanometer thick brushes or micron thick, crosslinked films of an azlactone block co-polymer are reported. Critical experimental steps, representative results, and limitations of each method are discussed. These methods are useful for creating functional interfaces with tailored physical features and tunable surface reactivity.

Herstellung von reaktiven Oberflächen mit Pinsel-Like und querverbunden Filme von Azlactone funktionalisiert Block-Copolymere

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments

Polydimethylsiloxane (PDMS) silicone is a versatile polymer that cannot readily be formed into long filaments. Traditional spinning methods fail because PDMS does not exhibit long-range fluidity at melting. We introduce an improved method to produce filaments of PDMS by a stepped temperature profile of the polymer as it cross-links from a fluid to an elastomer. By monitoring its warm-temperature viscosity, we estimate a window of time when its material properties are amendable to drawing into long filaments. The filaments pass through a high-temperature tube oven, curing them sufficiently to be harvested. These filaments are on the order of hundreds of micrometers in diameter and tens of centimeters in length, and even longer and thinner filaments are possible. These filaments retain many of the material properties of bulk PDMS, including switchable hydrophobicity. We demonstrate this capability with an automated corona-discharge patterning method. These patternable PDMS silicone filaments have applications in silicone weavings, gas-permeable sensor components, and model microscale foldamers.

Here, we present a protocol to produce long filaments of polydimethylsiloxane (PDMS) silicone by gravity-drawing through a furnace. Filaments are on the order of hundreds of micrometers in diameter and tens of centimeters in length and are hydrophobically patternable via an Arduino-controlled corona discharge system.

Zeichnung und Hydrophobie-Musterung lange Polydimethylsiloxan Silikon Filamente

Polydimethylsiloxane (PDMS) silicone is a versatile polymer that cannot readily be formed into long filaments. Traditional spinning methods fail because ...

Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

In this work we describe a technique for creating new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking distinct ultrathin layered 2D materials. We demonstrate not only lateral control but, importantly, also control over the angular alignment of adjacent layers. The core of the technique is represented by a home-built transfer setup which allows the user to control the position of the individual crystals involved in the transfer. This is achieved with sub-micrometer (translational) and sub-degree (angular) precision. Prior to stacking them together, the isolated crystals are individually manipulated by custom-designed moving stages that are controlled by a programmed software interface. Moreover, since the entire transfer setup is computer controlled, the user can remotely create precise heterostructures without coming into direct contact with the transfer setup, labeling this technique as &#8220;hands-free&#8221;. In addition to presenting the transfer set-up, we also describe two techniques for preparing the crystals that are subsequently stacked.

In this work we describe a technique that is used to create new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking ultrathin layered 2D materials with precise control over position and relative orientation.

Herstellung von van der Waals Heterostrukturen mit präziser Rotationsausrichtung

In this work we describe a technique for creating new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking distinct ultrathin layered 2D materials. We ...

Etalon Assembly and Fiber-Etalon Alignment

Etalon-Assemblierung und Faser-Etalon-Ausrichtung

Fabrication and Mechanical Property Assessment of Fiber Composite Laminates

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the forming pressure, the mass fraction of fiber is reduced and lots of air bubbles are trapped inside, resulting in low-quality laminates (low stiffness and strength). The wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process for the fabrication of composite laminates is based on the traditional wet hand lay-up process, using a vacuum bag to remove air bubbles and provide pressure, and then carrying out the heating and curing process. 
Compared with the traditional hand lay-up process, laminates manufactured by the WLVB process show superior mechanical properties, including better strength and stiffness, higher fiber volume fraction, and lower void volume fraction, which are all benefits for composite laminates. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of the preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to finely describe the WLVB process, finely control steps, and quantify material ratios, in order to ensure the mechanical properties of laminates. 
This paper describes the meticulous process of the WLVB process for preparing woven plain patterned glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs). The fiber volume content of laminates was calculated using the formula method, and the calculated results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of the laminates were characterized using tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

Author Spotlight: Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process 

This paper describes a fabrication process for fiber-reinforced polymer matrix composite laminates obtained using the wet hand lay-up/vacuum bag method.

Messung der mechanischen Eigenschaften von glasfaserverstärkten Polymer-Verbundlaminaten, die durch verschiedene Herstellungsverfahren erhalten werden

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...

Mikrogeprägte Herstellung von Nanocellulose-papierbasierten Analysegeräten  

Microembossing: A Convenient Process for Fabricating Microchannels on Nanocellulose Paper-Based Microfluidics

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal lies in a range of excellent&#160;qualities, including an exceptionally smooth surface, outstanding optical transparency, a uniform nanofiber matrix with nanoscale porosity, and customizable chemical properties. Despite the rapid growth of nanopaper-based microfluidics, the current techniques used to create microchannels on nanopaper, such as 3D printing, spray coating, or manual cutting and assembly, which are crucial for practical applications, still possess certain limitations, notably susceptibility to contamination. Furthermore, these methods are restricted to the production of millimeter-sized channels. This study introduces a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanopaper, achieving a minimum width of 200 &#181;m. The developed microchannel outperforms existing approaches, achieving a fourfold improvement, and can be fabricated within 45 min. Furthermore, fabrication parameters have been optimized, and a convenient quick-reference table is provided for application developers. The proof-of-concept for a laminar mixer, droplet generator, and functional nanopaper-based analytical devices (NanoPADs) designed for Rhodamine B sensing using surface-enhanced Raman spectroscopy was demonstrated. Notably, the NanoPADs exhibited exceptional performance with improved limits of detection. These outstanding results can be attributed to the superior optical properties of nanopaper and the recently developed accurate microembossing method, enabling the integration and fine-tuning of the NanoPADs.

Autor im Rampenlicht: Revolutionierung der Mikrofluidik durch Mikrokanal-Fertigung auf Nanopapier 

This protocol describes a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanofibrillated cellulose paper, achieving a minimum width of 200 &#181;m.

Mikroprägung: Ein praktisches Verfahren zur Herstellung von Mikrokanälen auf Mikrofluidik auf Nanozellulosepapier

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal ...