この研究は、オーストラリアの研究評議会のディスカバリープロジェクト資金調達スキーム（プロジェクト番号DP120103942）の下でサポートされていました。 BTKとAAは、オーストラリアの研究評議会の未来フェローシップ（FT0991895）及びオーストラリアの研究フェローシップ（DP1093789）の受信者です。

概要複合インジウム/ PMMAの繊維（ 図3）は、自身が利用できるPMMAのチューブやワイヤーから調製しなければならない単一のインジウムワイヤ（ 図2）を含むPMMAの繊維の束を描画することにより製造される。表示される手順は、次のとおりです。 <ol class="ualpha"><li>スタッキングマニュアルの適切な直径の単インジウムワイヤーが含まれているPMMAの繊維を製造。この場合、最初の1ミリメートルインジウムワイヤ（第1節）を収容することができますPMMAのチューブを準備し、インジウムが含まれており、必要なサイズ（セクション2）に描く。 </li><li>スタックして、必要なサイズにして得られた個々のインジウム埋めPMMAの繊維（第3節）を描く。 </li></ol> 4章と5章詳細セクション2および3で使用される描画処理。 1。 PMMAの被覆管を製造 1ミリメートルインジウムワイヤーを構築するために用いられているPMMA被覆管がstretchiによってなされるNGとID 1ミリメートルとOD 12ミリメートルの最終のPMMA被覆管を作るために主描画過程（セクション4）に標準PMMAの管をスリーブ。 <ol><li> 600ミリメートルの長さ〜12mmの6mmとODのIDを使用してPMMAのチューブをカットします。いくつかのPMMAの管はスリーブ処理中に、将来の使用のために準備する必要があります。 </li><li> 5日の最低90℃でアニール炉中のPMMA管をアニールする。 </li><li>オーブンをアニーリングから1 PMMAの管を取り外し、そのまま室温まで冷まします。 </li><li>イソプロパノールワイプとPMMAの管の表面を清掃し、乾燥することができます。 </li><li>反射テープを使用して、最エクステンダ（ 図6）（図7）PMMAの管を取り付けます。 </li><li>反射テープを使用して、プライマリドロー底エクステンダ（ 図6）（図8）にPMMAの管を取り付けます。 </li><li> （第4章を参照してください）​​一次延伸工程でのPMMA管を伸ばす。ない真空がこのステージに必要とされないことに注意してください。 PMMAの管はから伸縮外径6 mmから12ミリメートル。 </li><li>描画後に描画塔から伸縮チューブを取り外します。 </li><li> 550ミリメートルの長さに伸ばさチューブをカットします。 </li><li>手順1.3と1.4を繰り返します。 </li><li>材料が軟化するまで、ホットエアガンで延伸チューブの上側を熱し、ペンチ（ 図9）を使用して穴を密封圧着します。 </li><li> PMMAの管アセンブリ（ 図10）を作成するための新しいPMMAの管に伸ばさチューブを挿入します。 PMMAの管アセンブリ（ つまり開くインナー伸張管を有する側）、ラップ、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）テープの下側の図10に示すように、延伸チューブと新しいPMMAの管との間の隙間を密閉する ​​。 </li><li>粘着テープ、PTFEテープの中間層、および反射の外側の層の内側の層を使用して、トップエクステンダ（ 図7）PMMAの管アセンブリ（ すなわち、密封されたインナーチューブ伸張を持つ側）の先端を取り付けテープ。確保PTFEテープがきついとPMMAチューブアセンブリとトップエクステンダ間のすき間は、密封されています。 </li><li> 1.6に示すように、主描画底エクステンダにPMMAの管を取り付けます。 </li><li>ストレッチとスリーブ真空を使用して、プライマリ描画処理中のPMMAチューブアセンブリ（セクション4を参照してください）​​。 PMMAの管アセンブリは、外径12 mmから6mmに引き伸ばされている。 </li><li>得られた延伸のPMMA被覆管は約0.25の内径/外径を持つことになります。最終のPMMA被覆管が1ミリメートル（ 図1）のIDを使用して約0.1の内径/外径を有するまで、1.15から1.9までを繰り返します。 </li></ol> 2。インジウムにファイバを製造 1ミリメートルインジウムワイヤは半袖で、最終OD 1.2ミリメートルとインジウム埋め繊維を製造する二次抽選の過程（セクション5）を使用して、セクション1で作成したPMMAの被覆管の中に広​​がっていた。 <ol><li> 1.1に示すように、PMMAの被覆管を準備し、アニール - 1.4。 </li><li> 550ミリメートルの長さにインジウムワイヤを切断。</li><li> 図11に示すように、インジウム埋めリフォームのアセンブリを作成するのPMMA被覆管の中にインジウムワイヤーを挿入します。 </li><li> 1.11に示すように、PMMAの被覆管の底部側をシールします。 </li><li> 1.14に示すように、1.13とセカンダリドロー底エクステンダに示すように、上部エクステンダにインジウム満ちリフォーム·アセンブリを取り付けます。 </li><li>ストレッチとスリーブインジウムは15〜20 gの張力下で描かれた最終OD 1mmのインジウム埋め繊維（セクション5を参照）を作成するために真空を使用してセカンダリの描画過程でプリフォーム·アセンブリを満たした。 </li><li>ドロープロセスが終了した後、塔からのインジウム埋め繊維のスプールを外します。 </li><li>端面を検査して、インジウムの長手方向の長さに沿って光顕微鏡を用いて繊維を充填した。問題のある欠陥はインジウムワイヤおよびPMMAチューブインターフェイスとの間の分離、繊維の長さ方向に沿って線径や骨折のひび割れの変動を含めることができます。 INDの光学顕微鏡像イウム埋め繊維は、1mm径のPMMA繊維の連続100μmのインジウムワイヤを示す、 図2に示されている。 </li><li>十分に満たされた繊維インジウム、インジウム積み重ねリフォームのために生成されるまで、2.8から2.1を繰り返します。 </li></ol> 3。インジウム積み上げファイバを製造インジウム積層繊維はまず延伸し、二次抽選の過程（セクション5）を用いて所望の繊維の大きさに長袖大きいPMMAリフォームのジャケット管にSecton 2で作製したインジウム埋め繊維を積層することにより作製される。 <ol><li> 1.1に示すように、PMMAのリフォームのジャケット管を準備します。デモンストレーションの目的のために、私たちは12ミリメートルODおよび9ミリメートルIDのPMMAの管を使用します。 </li><li> 550ミリメートルの長さに満ちインジウム繊維をカットします。 </li><li> PMMAのリフォームのジャケット管の表面を清掃し、インジウムはイソプロパノールワイプでファイバーを充填し、乾燥することができます。 </li><li>ゴムバンドを使用してインジウム埋め繊維を束ねて挿入PMMAのリフォームのジャケットチューブに、繊維を確保することがストレートでタイトフィット（ 図12）である。 </li><li> 5日の最低90℃でアニール炉に積み上げリフォームアセンブリをアニールする。 </li><li>焼鈍炉から積み上げリフォーム·アセンブリを取り外し、そのまま室温まで冷まします。 </li><li> 1.14に示すように、1.13とセカンダリドロー底エクステンダに示すように、上部エクステンダにインジウム満ちリフォーム·アセンブリを取り付けます。 </li><li>ストレッチとスリーブ（セクション5を参照）インジウム積層繊維を作るために真空をもつ二次延伸工程において、積層プリフォーム·アセンブリ。これは、50μmで区切られた5mmの電線を含むメタマテリアル繊維の製造、80グラムの張力の下に描画最終OD 0.6mmに引き伸ばされている。得られた繊維の光学顕微鏡断面像を図3に示します。 </li><li>ドロープロセスが終了した後、塔からのインジウム積層繊維のスプールを外します。 </li><li>でSPECT端面および2.8（ 図3）に示すように、インジウム積層繊維の長手方向の長さに沿って。 </li></ol> 4。主描画プロセス主描画プロセスは、1mmより大きい外径にリフォームを伸ばすために使用されます。次の手順は、第1節で使用されています：PMMAの被覆管を製造する。 <ol><li> 3爪チャックを最エクステンダをクランプすることにより、ドロー塔の上にリフォームをロードします。炉のホットゾーン（ 図13）にリフォームを養う。のXYマイクロステージを使用してプリフォームを合わせます。炉の上部プレートを閉じます。 </li><li>予熱段階は、 図14に示す温度プロファイルを使用して、延伸温度をプリフォームの断面積の温度を上昇させる。 </li><li> 5mm /分で送り速度を開始し、185℃まで温度を上げることにより、描画処理を開始するには、6 mm / minと閉会トン速度を描く彼はユニットクランプを描く。時間をかけてドローテンション（ 図15）の動作を調べます。 <ul><li>テンションが指数関数的に増加する場合は、フィードとドローユニットを停止し、リフォームしてフィードを開始する前に、温度を描画するまで加熱して、再度ユニットを描画できるようにする1分間待ちます。テンションが安定するまでテストを繰り返します。 </li><li>テンションが落ちて、1〜2 mm /分で引き分け率を高める。必要な描画速度が達成されるまで、（テンションが、定数のままであるか、または下がり始める限り、）1-2 mm /分刻みで描画速度を増加し続ける。 </li></ul></li><li>真空が必要な場合は、Blu-タック（ 図13）を使用して、トップリフォームエクステンダを密封真空に真空管を取り付けます。フィードとドローユニットはリフォームが対称的に描画されていることを確認し始めた後に真空をオンにします。 </li><li>リフォームを描画するときにガイドとして、 表1に主要な描画条件を使用します。炉内温度と比bの点に注意してくださいフィードをetweenと速度定数をODと描画のテンションを維持するために監視する必要が描く。延伸繊維の指標と外径、質量収支式から求めることができることに注意してください、 D 決勝 = D 開始 （F / D）1/2 最後の Dはどこに-最終的な繊維径であり、D スタートは最初のリフォームの直径であり、Fは送り速度であり、Dは描画速度です。摂食と絞り率とリフォームが終了し、炉のスイッチを停止します。プリフォームは、室温まで冷却した後、延伸塔からリフォームを削除します。 </li></ol> 5。二次ドロープロセス二次抽選プロセスが1mm未満ODSにリフォームを伸ばすために使用されます。次の手順は、第2節で使用されています：インジウム埋め繊維と3を製造する：インジウム積層繊維を製造する。 <ol><li> s用プリフォームをロードecondaryドローは主描画処理（ステップ4.1）の場合と同様である。 </li><li>二次抽選のための予備加熱の段階では、主描画処理（ステップ4.2）の場合と同様である。 </li><li>延伸温度に達するとリフォームはネックダウンを開始します。ドロップダウンリフォーム出口の初期描画力（ 図16）を提供するボトムエクステンダーの重量に起因する炉の底。 </li><li>送り速度（2.5 - 5mm /分）を起動し、炉内温度を増加し始める - ドロップダウンの速度を制御するために（2.5 5℃）。繊維径は約250維持されるべきである - 500μmのファイバのスナップを防ぐために。 </li><li>当初は1の下m / minの遅い速度で回転しているキャプスタンホイールにファイバを接続。ダンサーホイールの周辺にファイバーを巻くと繊維スプールに取り付けます。 </li><li> 4.4に示すように、真空は真空管を取り付ける必要がある場合。 </li><li>ファイバ線引きは当初、一時的な描画条件の下になります。 Sら供給速度は、所望の描画条件値に速度と炉の温度を描く。定常状態が数分後に達成されるまで、繊維径とドローテンションが変動します。 </li><li>リフォームを描画するときにガイドとして、表2にセカンダリの描画条件を使用します。フィードとドロー率との間の炉内温度と比一定のODと描画張力を維持するために監視されなければならないことに注意してください。 </li><li> 4.5に示すように、プロセスを停止します。 </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>

特別な利害関係は宣言されません。

ここで紹介するテクニックは、効果的にハイパス·フィルタとして動作して、THz帯におけるプラズモン応答（ひいてはテーラード誘電率）を有する、マイクロスケール機能·サイズで連続3次元メタマテリアルのキロメートルの製造を可能にする。これは実験的にテラヘルツ時間領域分光法11を使用して特徴づけることができる。このようなファイバー状の ​​メタマテリアル?...

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬/材料の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> 注釈 </td></tr><tr><td>インジウム99.99パーセントワイヤ、直径1mm </td><td> AIMのスペシャルティ</td><td>リクエストに応じて利用可能</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 - プロパノール（イソプロパノール） </td><td>シグマアルドリッチ</td><td>製品番号 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>粘着テープ</td><td>ステープルズ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ワンラップPTFEテープ、5ミリリットル×12ミリX 0.2 MMT </td><td> RSコンポーネンツ</td><td> RSストック番号 231から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ミクロンのアルミ箔テープ</td><td>あらかじめ粘着テープ</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>の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>アラルダイトクイックセット</td><td> Sell​​eys </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の管： - IDの6ミリメートル、外径12ミリメートル - IDの9ミリメートル、外径12ミリメートル</td><td> B＆Mプラスチック：プラスチック加工</td><td>リクエストに応じて利用可能</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> 機器の要件 </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td><ul><li>少なくとも200℃（プリフォームおよびファイバ引き込み設備付きHeathwayポリマードロータワー）の最大温度の炉を持つファイバードロー塔。ドロー塔の写真を図5に示します。 </li><li>少なくとも90の最高気温℃のアニ​​ーリング炉</li><li>光学顕微鏡。 </li><li>ホットエアガン。 </li><li>真空ポンプ。 </li><li>トップリフォームエクステンダー（30センチの長さと直径12mmの金属チューブ）。 </li><li>主描画ボトム·エクステンダー（100 cmの長さと直径12mmの金属チューブ）。 </li><li>二次抽選底エクステンダー（20センチの長さと直径12mmのPMMA管）。 </li></ul></td></tr></tbody></table>

fabricating metamaterials using the fiber drawing method

メタマテリアルは、彼らが1を操作する波長よりもはるかに小さいコンポーネントを組み合わせて製造された人造の複合材料である。彼らは代わりにそれらを構成する原子の、その成分の構造とそれらの電磁特性を借りている。例えば、サブ波長金属ワイヤが金属それ自体2とは対照的に、与えられた周波数で正または負のいずれかである実効誘電率を有するように配置することができます。光の挙動を介してこの前例のないコントロールは、潜在的にそのような不可視のマント3、負の屈折率材料4と、回折限界5の下にオブジェクトを解決レンズとしての新規デバイスの数につながることができます。しかし、光、中間赤外線、テラヘルツ周波数​​で動作するメタマテリアルは、従来は高価であり、最も少ないのCENにあるサンプルを生成するナノ·マイクロ加工技術を用いて作られていますサイズ6-7のtimetres。ここでは、テラヘルツプラズモン応答8を発揮するファイバー状の ​​金属線メタマテリアルの数百メートルを生産する製造方法を提案する。我々は、ポリメチルメタクリレート（PMMA）チューブ内インジウムワイヤを使用して、テイラー線プロセス10で微細構造ポリマー光ファイバ9を生成するために使用されるスタック·アンド·ドローテクニックを兼ね備えています。それは、処理するためのテラヘルツ領域における適切な光学特性を持つドロウアブル誘電容易であるため、PMMAが選択されています。インジウムそれは156.6の融解温度を持っているので℃のどちらがPMMAとcodrawingに適しています。我々は、一方の端部に封止されている外径1ミリメートル内径（ID）および12 ​​mm（外径）と直径1mmおよびPMMAの管で純度99.99％のインジウムワイヤーが含まれています。管は排気し、1.2mmの外径まで描かれています。得られた繊維は、その後、小さな断片に切断し、大きいPMMAの管に積層されている。このスタックは、1つで密封されている終わり、急速に引かれながら10倍の構造の直径を小さくすると、100倍の長さを増加し、炉内に供給される。このような繊維は、マイクロ·ナノスケールの特徴をもって、量産可能、本質的に柔軟であり、自然界で発見されていない電磁的特性を示すことが織ることができる。彼らは、テラヘルツからそのような目に見えない繊維、不織布、負の屈折率の布、超解像レンズのような光学周波数に小説デバイスの数のための有望なプラットフォームを表します。

メタマテリアル繊維が記載された技術を用いて製造した。彼らは順番に自身が制作された10ミリメートルポリマージャケットの内部に含まれる1ミリメートルインジウムワイヤのリフォームから引き出されていた図2に示すように直径100μmの連続インジウムワイヤを含む1ミリメートルPMMAの繊維のプリフォームから組み立てられた適切なサイズのポリマーチューブ絶縁チューブによ?...

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Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

テラヘルツ周波数​​でメタマテリアルは、ユニークな機会を提供していますが、大量に製造するために挑戦しています。我々は、安価に工業的規模で潜在的にメタマテリアルを作製する微細構造ポリマー光ファイバの製作手順を適応させる。我々は、テラヘルツプラズモン応答を示す〜100μm程度、で区切ら〜10μmの直径インジウムワイヤを含むポリ繊維を製造する。

ファイバー描画法を用いたメタマテリアルの作製

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 ビュー.  University of Sydney. テラヘルツ周波数​​でメタマテリアルは、ユニークな機会を提供していますが、大量に製造するために挑戦しています。我々は、安価に工業的規模で潜在的にメタマテリアルを作製する微細構造ポリマー光ファイバの製作手順を適応させる。我々は、テラヘルツプラズモン応答を示す〜100μm程度、で区切ら〜10μmの直径インジウムワイヤを含むポリ繊維...

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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.

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

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 ...

工学

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.

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

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.

繊維の品質管理を強化するインストール方法強化ポリマー スパイク アンカー

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.

ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

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.

図面と疎水性パターン形成の長いポリジメチルシロキサン シリコーン フィラメント

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.

精密な回転位置合わせによるファンデルワールスヘテロ構造の製作

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

エタロンアセンブリとファイバー-エタロンアライメント

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.

異なる製造プロセスで得られたガラス繊維強化ポリマー複合積層物の機械的特性の測定

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

ナノセルロース紙ベースの分析デバイスのマイクロエンボス加工  

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.

著者スポットライト:ナノペーパー上のマイクロチャネル製造によるマイクロ流体工学の革命 

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.

マイクロエンボス加工:ナノセルロース紙ベースのマイクロ流体工学でマイクロ流路を作製するための便利なプロセス

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