Esta investigación fue financiada en virtud del régimen Australian Research Council Discovery financiación de proyectos (proyecto número DP120103942). BTK y AA son los destinatarios de un Consejo de Investigación Australiano Futuro Fellowship (FT0991895) y Australian Research Fellowship (DP1093789), respectivamente.

Visión de conjunto El compuesto de indio / PMMA fibra (Figura 3) se produce mediante la elaboración de una pila de fibras de PMMA incluyendo un alambre de indio solo (Figura 2), que a su vez tienen que ser preparados a partir de PMMA disponibles tubos y cables. Los pasos que se presentan son: <ol class="ualpha"><li> Produce una fibra de PMMA que contiene un cable único indio de diámetro apropiado para el manual de apilamiento. Para ello, primero se prepara un tubo de PMMA que puede acomodar un alambre de 1 mm de indio (Sección 1), a continuación, incluir el indio y sacar al tamaño deseado (Sección 2). </li><li> Stack y sacar las obtenidas individuales indio-llenos fibras de PMMA (Sección 3) para el tamaño requerido. </li></ol> Las secciones 4 y 5 se detallan los procesos de dibujo utilizados en las secciones 2 y 3. 1. Elaboración del Tubo Revestimiento PMMA El tubo de encamisado PMMA utilizado para estructurar el alambre de 1 mm de indio está compuesto por stretching y cubiertas aislantes estándar de tubos de PMMA en el proceso de extracción primaria (sección 4) para hacer un último tubo PMMA revestimiento de ID 1 mm y diámetro exterior 12. <ol><li> Cortar los tubos de PMMA con el ID de 6 mm y diámetro exterior de 12 mm a 600 mm de longitud. Varios tubos de PMMA debería estar preparado para su uso futuro durante el proceso de manga. </li><li> Recocer los tubos de PMMA en un horno de recocido a 90 ° C durante un mínimo de 5 días. </li><li> Retire un tubo de PMMA de recocido horno y permitir que se enfríe a temperatura ambiente. </li><li> Limpie la superficie del tubo de PMMA con toallitas isopropanol y dejar secar. </li><li> Conecte el tubo de PMMA para extender superior (Figura 6) con cinta reflectante (Figura 7). </li><li> Conecte el tubo de PMMA para extender primario inferior empate (Figura 6) con cinta reflectante (Figura 8). </li><li> Estire el tubo de PMMA en el proceso de elaboración primaria (véase la sección 4). Tenga en cuenta que no se requiere vacío para esta etapa. El tubo de PMMA es estirada desdeOD 12 mm a 6 mm. </li><li> Retire el tubo estirado de la torre de empate después de dibujo. </li><li> Cortar el tubo estirado en longitudes de 550 mm. </li><li> Repita los pasos 1,3 y 1,4. </li><li> Calentar el lado superior del tubo estirado con una pistola de aire caliente hasta que el material se ablanda y engarce sellar el agujero con unos alicates (Figura 9). </li><li> Insertar el tubo estirado en el nuevo tubo de PMMA para crear el conjunto de tubo de PMMA (Figura 10). En el lado inferior del tubo de montaje PMMA (es decir, el lado que tiene el tubo interior abierto estirada), plástico de politetrafluoroetileno (PTFE) de cinta como se muestra en la Figura 10, para sellar el espacio entre el tubo estirado y el nuevo tubo de PMMA. </li><li> Una el extremo superior del tubo de montaje PMMA (es decir, el lado que tiene el tubo interior sellado estirada) para el extensor de la parte superior (Figura 7), utilizando una capa interior de cinta adhesiva, una capa media de cinta de PTFE, y una capa exterior de reflectante cinta. Asegúrese de que elCinta de PTFE es escaso y todos los espacios entre el conjunto de tubo de PMMA y el extensor superior están sellados. </li><li> Conecte el tubo de PMMA para el extensor de drenaje primario inferior, como se muestra en 1.6. </li><li> Estiramiento y el manguito PMMA conjunto del tubo en el proceso de elaboración primaria con vacío (consulte la Sección 4). El conjunto de tubo de PMMA es estirada de OD 12 mm a 6 mm. </li><li> El resultado de tubo estirado revestimiento PMMA tendrá ID / OD de aproximadamente 0,25. Repita 1,9 a 1,15 hasta el último tubo de encamisado PMMA tiene ID / OD de aproximadamente 0,1 con un diámetro interior de 1 mm (Figura 1). </li></ol> 2. Elaboración del relleno de fibra de Indio El alambre de 1 mm indio es manga y se estiró en el tubo de revestimiento hecha de PMMA en la Sección 1, utilizando el proceso de extracción secundaria (Sección 5) para producir fibra de indio lleno de una final OD 1,2 mm. <ol><li> Preparar y recocer tubos de PMMA jacketing como se indica en 1.1 - 1.4. </li><li> Corte el cable de indio hasta 550 mm de longitud.</li><li> Introduzca el alambre de indio en el tubo de encamisado PMMA para crear el indio lleno preforma conjunto como se muestra en la Figura 11. </li><li> Sellar el lado inferior del tubo de encamisado PMMA como se muestra en 1,11. </li><li> Adjuntar indio lleno preforma montaje para el extensor de la parte superior como se muestra en 1,13 y el extensor inferior sorteo secundaria como se muestra en 1,14. </li><li> Estiramiento y el manguito de montaje de indio lleno preforma en el proceso de elaboración secundaria con vacío para hacer la fibra de indio llenado (véase la Sección 5) de una final OD 1 mm tomadas bajo tensión 15-20 g. </li><li> Retire el carrete de fibra de indio lleno de la torre después del proceso de extracción ha terminado. </li><li> Inspeccionar la superficie del extremo y a lo largo de la longitud longitudinal de la indio lleno de fibra utilizando un microscopio de luz. Defectos problemáticas pueden incluir la separación entre el cable y la interfaz de indio PMMA tubo, las fluctuaciones en el diámetro del alambre o grietas de fractura a lo largo de la longitud de la fibra. Imágenes de microscopio óptico de la indfibra ium llenado se presentan en la Figura 2, que muestra un alambre continuo 100 micras de indio en una fibra de 1 mm OD PMMA. </li><li> Repita 2,1 a 2,8 hasta bastante fibra indio lleno se produce para la preforma indio apilados. </li></ol> 3. Elaboración del Indio Stacked fibra La fibra de indio apilados se fabrica por primera apilamiento de las fibras de indio llenos producidos en el epígrafe 2 en un tubo más grande PMMA revestimiento preforma, que después se estira y manga a las dimensiones de la fibra deseados utilizando el proceso de extracción secundaria (sección 5). <ol><li> Prepare el tubo de PMMA preforma revestimiento como se indica en el punto 1.1. Para fines de demostración, vamos a utilizar un tubo de PMMA de 12 mm de diámetro externo y 9 mm de diámetro. </li><li> Cortar el indio lleno fibras a la longitud de 550 mm. </li><li> Limpiar la superficie del tubo de encamisado PMMA preforma y el indio lleno de fibra con toallitas isopropanol y dejar secar. </li><li> Paquete de la fibra de indio lleno con bandas de goma e insertaren el tubo de encamisado PMMA preforma, asegurando las fibras son rectas y son de un ajuste apretado (Figura 12). </li><li> Recocer el montaje apilado preforma en el horno de recocido a 90 ° C durante un mínimo de 5 días. </li><li> Eliminar el apilado preforma montaje del horno de recocido y permitir que se enfríe a temperatura ambiente. </li><li> Adjuntar indio lleno preforma montaje para el extensor de la parte superior como se muestra en 1,13 y el extensor inferior sorteo secundaria como se muestra en 1,14. </li><li> Estiramiento y el manguito de montaje apilado preforma en el proceso de elaboración secundaria con vacío para hacer el indio apilados fibra (véase la Sección 5). Esto se estira a una final OD 0,6 mm dispuesto de 80 g de tensión, produciendo una fibra que contiene metamaterial 5 mm alambres separados por 50 m. Un microscopio óptico de la sección transversal de la fibra de la imagen resultante se muestra en la Figura 3. </li><li> Retire el carrete de fibra de indio apilado de la torre después del proceso de extracción ha terminado. </li><li> EnSPECT y la superficie del extremo a lo largo de la longitud longitudinal de la fibra de indio apilados como se muestra en 2,8 (Figura 3). </li></ol> 4. Proceso Draw Principal El proceso de extracción primaria se utiliza para estirar las preformas de diámetros exteriores mayores que 1 mm. El siguiente procedimiento se utiliza en la Sección 1: Elaboración del Tubo Revestimiento PMMA. <ol><li> Cargue la preforma en la torre de extracción por apriete el extensor superior al mandril de tres mordazas. Alimentar a la preforma en la zona caliente del horno (Figura 13). Alinear la preforma mediante el micrómetro de etapa XY. Cierre la placa superior del horno. </li><li> La etapa de pre-calor eleva la temperatura de la superficie de sección transversal de la preforma a la temperatura de estirado, utilizando el perfil de temperatura mostrado en la Figura 14. </li><li> Comenzar el proceso de estirado mediante el aumento de la temperatura a 185 ° C, a partir de la velocidad de alimentación de 5 mm / min, dibujar velocidad a 6 mm / min y de cierre tque sacar las abrazaderas de la unidad. Examine el comportamiento de la tensión empate en el tiempo (Figura 15). <ul><li> Si la tensión aumenta de forma exponencial, parar las unidades de alimentación y drenaje, espere 1 min para permitir que la preforma se caliente a temperatura dibujo, antes de comenzar la alimentación y extraer unidades de nuevo. Repita la prueba hasta que la tensión se estabilice. </li><li> Si la tensión cae, aumentar la velocidad de estirado por 1-2 mm / min. Continuar el aumento de la velocidad de estirado en 1-2 mm / min incrementos (siempre y cuando la tensión se mantiene constante o bien comienza a caer), hasta que la velocidad de estirado requerida se consigue. </li></ul></li><li> Si el vacío es necesario, fijar el tubo de vacío para el sellado al vacío superior extensor de preforma utilizando Blu-Tac (Figura 13). Encender el vacío después de la alimentación y unidades de drenaje han comenzado a asegurar la preforma está dibujando simétricamente. </li><li> Utilice la condición dibujo principal en la Tabla 1 como una guía en la elaboración de la preforma. Tenga en cuenta la temperatura del horno y la relación bntre la alimentación y dibujar tasa tiene que ser controlada para mantener constante la tensión de diámetro externo y dibujo. Tenga en cuenta que un diámetro exterior indicativo para la fibra estirada se puede obtener a partir de una ecuación de balance de masa, D final = D inicial (F / D) 1/2 donde D final - es el diámetro de la fibra final, D es el comienzo inicial diámetro preforma, F es la velocidad de alimentación, y D es la velocidad de estirado. Detener la alimentación y la tasa de dibujo y el interruptor del horno cuando la preforma está terminado. Eliminar la preforma de la torre sorteo una vez que la preforma se enfría a temperatura ambiente. </li></ol> 5. Proceso Draw Secundaria El proceso de extracción secundaria se utiliza para estirar las preformas a menor que 1 mm OD. El siguiente procedimiento se usa en la Sección 2: Fabricación de la fibra llena de indio y 3: Fabricación de la fibra de indio apilados. <ol><li> Carga de la preforma para el ssorteo econdary es el mismo que en el proceso de extracción primaria (paso 4,1). </li><li> La etapa de pre-calentamiento para el sorteo secundario es el mismo que en el proceso de extracción primaria (paso 4,2). </li><li> La preforma comienza a cuello hacia abajo una vez que la temperatura de estirado es alcanzado. El menú desplegable de las salidas de preforma de la parte inferior del horno, debido al peso del extensor de fondo proporcionando la fuerza inicial de dibujo (Figura 16). </li><li> Comience la velocidad de alimentación (2,5 - 5 mm / min) y empezar a aumentar la temperatura del horno (2,5 - 5 ° C) para controlar la velocidad de la lista desplegable. El diámetro de la fibra se debe mantener alrededor de 250 a 500 micras para prevenir el chasquido de la fibra. </li><li> Coloque la fibra a la rueda de polea que está girando a una velocidad lenta de menos de 1 m / min inicialmente. Enrolle la fibra alrededor de las ruedas bailarín y adjuntar a la bobina de fibra. </li><li> Si el vacío es necesario conectar el tubo de vacío como se indica en 4.4. </li><li> El estiramiento de fibras será inicialmente bajo condiciones de drenaje transitorios. Sy la velocidad de avance, velocidad y temperatura sacar del horno para los valores de condiciones deseadas del sorteo. Diámetro de la fibra y la tensión de estiraje fluctuará hasta alcanzar el estado estacionario después de unos minutos. </li><li> Utilice la condición dibujo secundario en la Tabla 2 como una guía cuando el dibujo de la preforma. Tenga en cuenta la temperatura del horno y de la relación entre la alimentación y la tasa de extracción deben ser monitoreados para mantener constante la tensión de diámetro externo y dibujo. </li><li> Detener el proceso, como se muestra en 4.5. </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>

No hay conflictos de interés declarado.

La técnica presentada permite la fabricación de kilómetros de continuas tridimensionales metamateriales con tamaños de las características de la microescala, poseyendo una respuesta plasmónica (y por lo tanto una permitividad eléctrica de chaqueta) en el rango de THz, efectivamente comportarse como un filtro de paso alto. Esto puede ser caracterizado experimentalmente usando terahercios en dominio de tiempo espectroscopía 11. Tales fibras en forma de metamateriales pueden ser cortadas y apiladas en ma...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo / material </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> Indio 99,99% Wire, 1 mm de diámetro </td><td> AIM Especialidad </td><td> Disponible bajo pedido </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> Número de producto 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> Cinta adhesiva </td><td> Staples </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Una envoltura de cinta de PTFE, 5 ml x 12 x 0,2 MMT MMW </td><td> RS Components </td><td> Código RS 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> Avance Cintas Adhesivas </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 tubos: - ID 6 mm, OD 12 mm - ID 9 mm, 12 mm OD </td><td> B &amp; M Plásticos: Fabricación de plástico </td><td> Disponible bajo pedido </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> Requisitos de equipo </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td><ul><li> Fibra torre empate con hornos de temperaturas máximas de al menos 200 ° C (Heathway Polímero Draw Torre con preformas y las instalaciones de fibra empate). Una fotografía de la torre de drenaje se muestra en la Figura 5. </li><li> Horno de recocido de las temperaturas máximas de por lo menos 90 ° C. </li><li> Microscopio óptico. </li><li> Pistola de aire caliente. </li><li> Bomba de vacío. </li><li> Top extensor preforma (tubo de metal de 30 cm de longitud y 12 mm de diámetro). </li><li> Sorteo Primariaextensor inferior (tubo de metal de longitud 100 cm y 12 mm de diámetro). </li><li> Sorteo secundaria extensor inferior (tubo de PMMA de 20 cm de longitud y 12 mm de diámetro). </li></ul></td></tr></tbody></table>

fabricating metamaterials using the fiber drawing method

Los metamateriales son materiales artificiales compuestos, fabricados por unión de componentes mucho más pequeños que la longitud de onda a la que trabajan 1. Ellos deben sus propiedades electromagnéticas a la estructura de sus constituyentes, en lugar de los átomos que los componen. Por ejemplo, sub-longitud de onda de los alambres de metal puede estar dispuesta para tener una permitividad efectiva eléctrico que puede ser positivo o negativo a una frecuencia dada, a diferencia de los metales mismos 2. Este control sin precedentes sobre el comportamiento de la luz puede conducir potencialmente a una serie de nuevos dispositivos, tales como capas de invisibilidad 3, negativos materiales de índice de refracción 4, y lentes que resolver objetos por debajo del límite de difracción 5. Sin embargo, los metamateriales que funcionan a frecuencias ópticas, en el infrarrojo medio y terahercios se fabrican convencionalmente usando nano y micro-fabricación de técnicas que son caros y producen muestras que se encuentran en la mayoría de unos pocos centimetres en tamaño de 6-7. Aquí presentamos un método de fabricación para producir cientos de metros de alambre de metamateriales metálicos en forma de fibra, que muestran una respuesta terahertz plasmónica 8. Combinamos la pila-y-dibujar técnica utilizada para producir la fibra de polímero óptica microestructurada 9 con el proceso de Taylor-alambre 10, utilizando alambres de indio en el interior de polimetilmetacrilato (PMMA) tubos. El PMMA se ha elegido porque es fácil de manejar, dieléctrico dibujable con adecuadas propiedades ópticas en la región de terahercios, indio, ya que tiene una temperatura de fusión de 156,6 ° C, que es apropiado para codrawing con PMMA. Se incluye un cable de indio y de 1 mm de diámetro y 99,99% de pureza en un tubo de PMMA con un diámetro de 1 mm interior (ID) y 12 mm de diámetro exterior (OD) que se sella en un extremo. El tubo se evacuó y dispuestos a un diámetro exterior de 1,2 mm. La fibra resultante se corta en trozos más pequeños, y se apilan en un tubo más grande PMMA. Esta pila está sellado en unfinal y se introduce en un horno mientras está siendo elaborado rápidamente, reduciendo el diámetro de la estructura por un factor de 10, y aumentando la longitud por un factor de 100. Estas fibras poseen características de la micro-y nano-escala, son inherentemente flexibles, producible en masa, y se puede tejer a exhibir propiedades electromagnéticas que no se encuentran en la naturaleza. Representan una plataforma prometedora para una serie de nuevos dispositivos de terahercios a frecuencias ópticas, tales como fibras, tejidos invisibles paños negativos de índice de refracción, y lentes de super-resolución.

Fibras de metamateriales se produjeron usando la técnica descrita. Ellos se ensambla a partir de una preforma de 1 mm de fibras de PMMA que contienen 100 m de diámetro alambres continuos de indio, que se muestran en la Figura 2, que a su vez habían sido extraídos de una preforma de 1 mm de alambres de indio contenidas dentro de una camisa de 10 mm de polímero, que se produjo por enfundado tubos de polímero de tamaño adecuado, como se muestra en el esquema de la figura 1. Una imag...

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Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Los metamateriales en frecuencias de terahercios ofrecen oportunidades únicas, pero son difíciles de fabricar de forma masiva. Nos adaptar el procedimiento de fabricación de fibras de polímero microestructurados ópticos para fabricar económicamente metamateriales potencialmente a escala industrial. Nos producir fibras que contienen polimetilmetacrilato ~ 10 micras de diámetro alambres de indio separadas por ~ 100 micras, que exhiben una respuesta plasmónica de terahercios.

Los metamateriales Fabricacion mediante el método de dibujo de fibra

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 vistas.  University of Sydney. Los metamateriales en frecuencias de terahercios ofrecen oportunidades únicas, pero son difíciles de fabricar de forma masiva. Nos adaptar el procedimiento de fabricación de fibras de polímero microestructurados ópticos para fabricar económicamente metamateriales potencialmente a escala industrial. Nos producir fibras que contienen polimetilmetacrilato ~ 10 micras de diámetro alambres de indio separadas por ~ 100 micras, que exhiben una respuesta plasmónica de ter...

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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.

Coloidal Síntesis de Nanopatch antenas para aplicaciones en Plasmonics y Nanofotónica

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 ...

Investigación

Ingeniería

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.

La fabricación de resonadores de anillo partido basadas en nanopilares para la corriente de desplazamiento mediadas resonancias en terahercios metamateriales

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.

Método de instalación para mejorar el Control de calidad de fibra reforzado con anclajes de espiga de polímero

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.

Fabricación de superficies reactivas con cepillo y reticulado de copolímeros de bloque funcionalizados Azlactone

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.

Dibujo y el patrón de hidrofobicidad largos filamentos de silicona polidimetilsiloxano

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.

Fabricación de las heteroestructuras de van der Waals con alineación rotacional precisa

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

To begin, place the 3D-printed cell on the table with the etalon pit facing upward. Insert an O-ring into the etalon pit and press it slightly into the designated groove. Place the beam splitter with the reflective surface facing upward onto the O-ring in the etalon pit.Using a tweezer, carefully place the two spacers onto the beam splitter to generate a clear aperture for the gas and excitation laser, which enters the air cavity via the through-hole running from one side of the cell to the other. Align the mirror on top of the spacers with the reflective side facing down so that the beam splitter, spacers, and mirror are aligned concentrically. Take the 3D-printed etalon cap and put the O-rings into the designated grooves.Align the cap to the rectangular groove of the cell, lift the cell, and apply pressure on the cap to fix the spacers in place while simultaneously inserting four M4 screws through the designated holes from the back side. Mount the screws with four M4 nuts on the front side and tighten them until the pressure from the cap is enough to hold the spacers in place and the O-rings are sufficiently compressed. For fiber-etalon alignment, mount the pigtailed ferrule and the GRIN lens system with the ferrule clamp and ensure that the translation stage in the Z direction is moved to its maximum height.Align the 3D-printed cell underneath this system, fixing its position at a height slightly below the GRIN lens, pointing directly to the center of the opening. Apply one or two drops of adhesive on the front end of the GRIN lens with a pipette. Lower down the translation stage in the Z direction until contact with the anti-reflection coated surface of the beam splitter is insured.Continue to lower the GRIN lens until sufficient pressure is applied and the springs are under enough tension. Turn on the modulated laser and the oscilloscope. Ensure the oscilloscope has the highest possible resolution when starting the alignment process.Then, set the time resolution so that the two to three periods of the modulation are visible. To start the alignment process, ensure that the GRIN lens points normally on the beam splitter surface. Step by step, deflect the first goniometric stage slightly and then move the other goniometric stage around the zero position.If no change is observed on the oscilloscope, deflect the first goniometric stage slightly more and repeat this iterative process until the triangular modulation becomes visible on the oscilloscope. Once a strong back-reflection is observed, adjust the oscilloscope's resolution and ensure the peak of the etalon's reflectance function sits centrally on the triangular modulation slopes. Tune the etalon's peak by changing the temperature of the laser until the peak is centered on the slope.With slight movements of the goniometric stages, try to maximize the peak strength while simultaneously maximizing the peak-to-peak ratio of the triangular modulation. When the alignment is finished, mount the UV lamp close to the GRIN lens mounted at a 45-degree angle. Next, cure the adhesive applied on the front end of the GRIN lens.After 5 to 10 minutes, turn off the UV lamp and apply more adhesive around the GRIN lens without touching it. Expose the adhesive to UV light for another five to 10 minutes. Repeat this step until the opening of the cell is completely filled with a homogenous layer of adhesive and perform the final cure for at least one hour.The representative image shows a good and worse alignment. The better the alignment, the higher the peak-to-peak ratio of the triangular modulation and the more the reflectance peak approaches zero.

Ensamblaje de Etalon y alineación de fibra-Etalon

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.

Medición de las propiedades mecánicas de laminados compuestos de polímeros de refuerzo de fibra de vidrio obtenidos mediante diferentes procesos de fabricación

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

Fabricación en microrelieve de dispositivos analíticos basados en papel de nanocelulosa  

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 destacado: Revolucionando la microfluídica a través de la fabricación de microcanales en nanopapel 

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.

Microestampado: un proceso conveniente para la fabricación de microcanales en microfluídica basada en papel de nanocelulosa

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