Esta pesquisa foi apoiada no âmbito do regime Australian Research Council de financiamento Descoberta Projetos (número do projeto DP120103942). BTK e AA são os destinatários de um Australian Research Council Futuro Fellowship (FT0991895) e Australian Research Fellowship (DP1093789), respectivamente.

Visão global O compósito de índio / PMMA de fibra (Figura 3) é produzido através da elaboração de uma pilha de fibras acrílicas, incluindo um fio único de índio (Figura 2), os quais também têm de ser preparadas a partir de tubos e fios disponíveis PMMA. Os passos apresentados são: <ol class="ualpha"><li> Produzir uma fibra de PMMA que contém um fio de índio único de diâmetro adequado para o manual de empilhamento. Para isso, primeiro preparar um tubo de PMMA, que podem acomodar de 1 mm de fio de índio (Seção 1), em seguida, incluir o índio e atrair para o tamanho necessário (Seção 2). </li><li> Pilha e tirar as fibras individuais obtidos índio-cheias de PMMA (Seção 3) para o tamanho necessário. </li></ol> Secções 4 e 5 detalham os processos de desenho utilizadas nas seções 2 e 3. 1. Confecção do Tubo Jacketing PMMA O tubo de encamisamento PMMA utilizado para estruturar o fio de um milímetro de índio é feita por stretching e tubos mangas padrão de PMMA no processo principal atração (Seção 4) para fazer um tubo de encamisamento final de PMMA de ID 1 mm e 12 mm de diâmetro externo. <ol><li> Cortar tubos de PMMA com ID de 6 mm e 12 mm de diâmetro externo de 600 milímetros comprimentos. Vários tubos de PMMA deve ser preparado para uso futuro, durante o processo de manga. </li><li> Hibridar os tubos de PMMA em um forno de recozimento a 90 ° C durante um mínimo de 5 dias. </li><li> Remover um tubo de PMMA de recozimento forno e deixar arrefecer até à temperatura ambiente. </li><li> Limpar a superfície do tubo de PMMA com toalhetes de isopropanol e deixa-se secar. </li><li> Anexar o tubo de PMMA com extensor de cima (Figura 6) usando a fita reflectora (Figura 7). </li><li> Anexar o tubo de PMMA para extender primário draw fundo (Figura 6) usando a fita reflectora (Figura 8). </li><li> Estique o tubo de PMMA no processo de desenho primário (consulte a Seção 4). Note-se que nenhum vácuo é necessário para esta fase. O tubo é estirado a partir de PMMAOD de 12 mm a 6 mm. </li><li> Remover o tubo estirado a partir da torre de empate após desenho. </li><li> Corte o tubo esticada em 550 comprimentos milímetro. </li><li> Repita os passos 1.3 e 1.4. </li><li> Aquece-se a parte de cima do tubo estirado com uma pistola de ar quente, até que o material amolece e cravar selar o furo com um alicate (Figura 9). </li><li> Inserir o tubo estirado para dentro do tubo de PMMA novo para criar o tubo de PMMA de montagem (figura 10). No lado inferior do tubo de montagem PMMA (ou seja, o lado que tem o tubo interior alongado aberto), enrole fita politetrafluoretileno (PTFE), como mostrado na Figura 10, para vedar o espaço entre o tubo e o tubo estirado PMMA novo. </li><li> Anexar extremidade superior do tubo de montagem PMMA (ou seja, o lado que tem o tubo interior alongado selado) para o extensor superior (Figura 7), utilizando-se uma camada interna de fita adesiva, uma camada intermédia de fita de PTFE, e uma camada exterior de reflector fita. Garantir aFita de PTFE é apertado e todas as lacunas entre o conjunto do tubo PMMA eo extensor de topo estão selados. </li><li> Fixe o tubo de PMMA para o extensor primário empate fundo, como mostrado na 1.6. </li><li> Stretch e manga do conjunto do tubo de PMMA no processo de desenho primário com vácuo (consulte a Seção 4). O conjunto do tubo de PMMA é esticada de OD de 12 mm a 6 mm. </li><li> O tubo resultante encamisamento esticada PMMA terão ID / OD de aproximadamente 0,25. 1,9-1,15 repetir até que o tubo de encamisamento último PMMA tem ID / OD de aproximadamente 0,1 com um ID de 1 mm (Figura 1). </li></ol> 2. Confecção do índio Cheio de Fibra A 1 milímetro de fio de índio é mangas e esticada no tubo de encamisamento PMMA feita na secção 1, usando o processo de sorteio secundário (secção 5) para a produção de fibra de índio preenchido com um final de OD de 1,2 mm. <ol><li> Preparar e recozer tubos jacketing PMMA como mostrado em 1.1 - 1.4. </li><li> Cortar o fio de índio para comprimentos 550 mm.</li><li> Insira fio de índio para dentro do tubo encamisamento PMMA para criar a pré-forma de índio cheio montagem como mostrado na Figura 11. </li><li> Selar o lado inferior do tubo de encamisamento PMMA como mostrado na 1.11. </li><li> Anexar índio cheio preforma de montagem para o extensor de topo, como mostrado em 1.13 e o extensor inferior secundário tração, como mostrado na 1.14. </li><li> Stretch e manga índio o encheu de montagem pré-forma no processo de desenho secundário com vácuo para fazer índio fibra preenchida (consulte a Seção 5) de uma final OD 1 milímetro desenhado sob tensão g 15-20. </li><li> Remova o carretel de fibra com enchimento de índio da torre após o processo de sorteio é terminado. </li><li> Inspeccionar a face final e ao longo do comprimento longitudinal do índio enchido fibra utilizando um microscópio de luz. Defeitos problemáticos pode incluir a separação entre o fio de índio e interface de tubos de PMMA, as flutuações no diâmetro do fio ou fendas de fractura ao longo do comprimento da fibra. Imagens de microscopia óptica da indium fibra com enchimento são apresentados na Figura 2, que mostra um fio de índio contínua 100 um em uma OD de 1 mm de fibra PMMA. </li><li> Repita até 2,1-2,8 fibra de índio bastante preenchida é produzido para a pré-forma empilhada índio. </li></ol> 3. Confecção do Índio Stacked Fibra O índio fibra empilhado é fabricada em primeiro lugar, as fibras de empilhamento de índio enchidos produzidos em secton 2 em um tubo maior encamisamento PMMA pré-forma, que é depois esticada e manga para as dimensões desejadas de fibra usando o processo de sorteio secundário (ponto 5). <ol><li> Prepare o PMMA tubo encamisamento preforma, como mostrado no ponto 1.1. Para fins de demonstração, vamos usar um tubo de PMMA de 12 mm de diâmetro externo e 9 mm de diâmetro. </li><li> Corte o índio cheio fibras para 550 mm de comprimento. </li><li> Limpar a superfície do tubo de encamisamento PMMA pré-forma e o índio preenchido com fibra de toalhetes de isopropanol e deixa-se secar. </li><li> Bundle a fibra de índio preenchido com faixas de borracha e insirapara o tubo de encamisamento PMMA pré-molde, assegurando que as fibras são direitas e são de um ajuste apertado (Figura 12). </li><li> Recozer o conjunto empilhado pré-forma no forno de recozimento a 90 ° C durante um mínimo de 5 dias. </li><li> Remover o conjunto do pré-molde empilhadas do forno de recozimento e deixar arrefecer até à temperatura ambiente. </li><li> Anexar índio cheio preforma de montagem para o extensor de topo, como mostrado em 1.13 e o extensor inferior secundário tração, como mostrado na 1.14. </li><li> Stretch e manga do empilhados montagem pré-forma no processo de desenho secundário com vácuo para fazer índio empilhados fibra (consulte a Seção 5). Este é esticado para uma final OD 0,6 milímetros desenhada sob tensão 80 g, produzindo uma fibra metamaterial contendo 5 milímetros fios separados por 50 mm. Um microscópio óptico de imagem em corte transversal da fibra resultante é mostrada na Figura 3. </li><li> Remova o carretel de fibra de índio empilhados da torre após o processo de sorteio é terminado. </li><li> Emspect endface a e ao longo do comprimento longitudinal da fibra empilhados índio, como mostrado na 2,8 (Figura 3). </li></ol> 4. Processo principal atração O processo de desenho primário é usado para alongar preformas para diâmetros externos superiores a 1 mm. O procedimento a seguir é usado na Seção 1: Confecção do Tubo Jacketing PMMA. <ol><li> Carregar a pré-forma para a torre por sorteio o extensor de aperto superior ao mandril mandíbula três. Alimentar a pré-forma para a zona quente do forno (Figura 13). Alinhar a pré-forma através do estágio micrómetro XY. Fechar a placa de topo do forno. </li><li> A fase de pré-aquecimento eleva a temperatura da área da secção transversal do pré-molde até à temperatura de desenho, utilizando o perfil de temperatura mostrado na Figura 14. </li><li> Iniciar o processo de desenho, aumentando a temperatura para 185 ° C, a partir da taxa de alimentação de 5 mm / min, taxa de desenhar a 6 mm / min e de fecho tele desenhar grampos unidade. Examinar o comportamento de tensão ao longo do tempo tração (Figura 15). <ul><li> Se a tensão aumenta exponencialmente, parar as unidades de alimentação e sorteio, aguarde 1 minuto para permitir a pré-aquecer a tirar a temperatura, antes de iniciar a alimentação e desenhar unidades de novo. Repita o teste até que a tensão se estabiliza. </li><li> Se a tensão cai, aumentar a taxa de empate de 1-2 mm / min. Continuar a aumentar a taxa de sorteio de 1-2 mm / min (incrementos desde que a tensão ou permanece constante ou começa a cair), até que a taxa de empate requerida seja alcançada. </li></ul></li><li> Se o vácuo é necessário, prenda o tubo de vácuo para o extensor de vácuo seladas pré-forma de topo, usando Blu-Tac (Figura 13). Ligar o vácuo após a alimentação e as unidades de tração ter começado a assegurar a pré-forma é de desenho simetricamente. </li><li> Usar a condição de desenho primário na Tabela 1 como uma guia ao desenho da preforma. Note-se a temperatura do forno e da proporção bntre o feed e desenhar taxa tem que ser monitorizado para manter OD constante e a tensão de desenho. Note-se que um diâmetro exterior indicativo para a fibra desenhada pode ser obtido a partir de uma equação de balanço de massa, D final = D início (F / D) 1/2 onde D final - é o diâmetro da fibra final, D é o diâmetro de partida pré-forma inicial, F é o caudal de alimentação, e D é a taxa de empate. Parar a taxa de alimentação e de desenho e interruptor do forno, quando a pré-forma é terminado. Remover a pré-forma a partir da torre tração uma vez que a pré-forma arrefecer até à temperatura ambiente. </li></ol> 5. Processo Sorteio secundário O processo de sorteio secundário é utilizado para esticar a ODs preformas menor do que 1 mm. O procedimento a seguir é usado na Seção 2: Confecção do índio cheio de fibra e 3: Confecção do índio fibra empilhados. <ol><li> Carregamento da pré-forma para a stração econdary é o mesmo que no processo de sorteio primário (Passo 4.1). </li><li> A fase de pré-aquecimento para o sorteio secundário é o mesmo que no processo de sorteio primário (Passo 4.2). </li><li> A pré-forma começa a pescoço para baixo, uma vez que a temperatura de desenho é atingido. A suspenso das saídas de pré-formados na parte inferior da fornalha, devido ao peso do extensor inferior proporcionando a força do desenho inicial (Figura 16). </li><li> Iniciar a taxa de alimentação (2,5 - 5 mm / min) e começar a aumentar a temperatura do forno (2,5 - 5 ° C), para controlar a velocidade da suspenso. O diâmetro da fibra deve ser mantido em torno de 250-500 ^ m a evitar a rotura da fibra. </li><li> Anexar a fibra para a roda de cabrestante, que está a girar a uma velocidade lenta de menos de 1 m / min inicialmente. Enrole a fibra ao redor das rodas dançarino e anexar ao carretel de fibra. </li><li> Se o vácuo é necessário ligar o tubo de vácuo, como mostrado em 4.4. </li><li> O sorteio da fibra será inicialmente sob condições de empate transitórios. Set a taxa de alimentação, desenhar e da temperatura de forno para os valores de condição desejados empate. Diâmetro da fibra e da tensão draw irá flutuar até que o estado estacionário é atingido após alguns minutos. </li><li> Usar a condição desenho secundário na Tabela 2 como um guia ao desenho da preforma. Note-se a temperatura da fornalha e a razão entre a taxa de alimentação e draw têm que ser controlados para manter a OD constante e a tensão de desenho. </li><li> Parar o processo, como mostrado na 4.5. </li></ol>

<ol>
	<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>

Não há conflitos de interesse declarados.

A técnica aqui apresentada permite a fabricação de quilómetros de contínuas tridimensionais metamateriais com tamanhos característicos microescala, possuindo uma resposta plasmonic (e, portanto, uma permitividade eléctrica adaptada) na faixa THz, efectivamente a comportar como um filtro passa-alto. Isto pode ser experimentalmente caracterizadas através de espectroscopia de domínio de tempo terahertz 11. Tais fibras em forma de metamateriais pode ser cortada e empilhada em materiais a granel, para rea...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente / Material </td><td> Companhia </td><td> Número de Catálogo </td><td> Comentários </td></tr><tr><td> Indium fio de 99,99%, 1 mm de diâmetro </td><td> Especialidade AIM </td><td> Disponível a 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 do produto 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> Fita adesiva </td><td> Staples </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Um enrole fita de PTFE, 5 ml x 12 x 0,2 mmt MMW </td><td> RS Components </td><td> RS Número de estoque 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 fita de folha de alumínio </td><td> Avançar Fitas Adesivas </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> Tubos de PMMA: - ID 6 mm, diâmetro externo de 12 mm - ID 9 mm, 12 mm OD </td><td> B &amp; M Plásticos: Fabricação de Plástico </td><td> Disponível a 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 equipamentos </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td><ul><li> Torre de fibra empate com fornos de temperaturas máximas de, pelo menos, 200 ° C (Heathway Polymer Sorteio Torre com pré-forma e instalações empate Fibra). Uma fotografia da torre tração é mostrado na Figura 5. </li><li> Forno de recozimento de temperaturas máximas de, pelo menos, 90 ° C. </li><li> Microscópio óptico. </li><li> Pistola de ar quente. </li><li> Bomba de vácuo. </li><li> Extensor de pré-forma de topo (tubo de metal de 30 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro). </li><li> A principal atraçãoextensor inferior (tubo de metal de 100 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro). </li><li> Extensor de fundo secundário empate (PMMA tubo de 20 cm de comprimento e 12 mm de diâmetro). </li></ul></td></tr></tbody></table>

fabricating metamaterials using the fiber drawing method

Os metamateriais são materiais sintéticos compostos, fabricados pela montagem de componentes muito menores do que o comprimento de onda em que operam 1. Eles devem suas propriedades electromagnéticas para a estrutura dos seus constituintes, em vez de os átomos que os compõem. Por exemplo, os fios de metal sub-comprimento de onda pode ser disposto de modo a possuir uma permissividade efectiva eléctrico que é positiva ou negativa a uma dada frequência, em contraste com os metais próprios 2. Este controle sem precedentes sobre o comportamento da luz pode potencialmente levar a uma série de novos dispositivos, como capas de invisibilidade, três negativos materiais índice de refração 4, e lentes que resolver objetos abaixo do limite de difração 5. No entanto, os metamateriais ópticos, que operam em freqüências do infravermelho médio e terahertz são convencionalmente feitas usando nano e micro-fabricação técnicas que são caros e produzir amostras que estão em mais um cen poucostimetres em tamanho 6-7. Aqui apresentamos um método de fabricação para produzir centenas de metros de metamateriais fio de metal em forma de fibra, que apresentam uma resposta terahertz plasmonic 8. Combinamos a pilha e desenhar técnica utilizada para a produção de fibra de polímero microestruturada óptico 9, com o processo de Taylor-fio 10, a utilização de fios de índio dentro de polimetilmetacrilato (PMMA), os tubos. PMMA é escolhido porque é fácil de manusear, dielétrico drawable com boas propriedades ópticas da região terahertz; índio porque tem uma temperatura de fusão de 156,6 ° C, que é apropriado para codrawing com PMMA. Incluímos um fio de índio, de 1 mm de diâmetro e de pureza de 99,99% em um tubo de PMMA com 1 mm de diâmetro interno (ID) e 12 mm de diâmetro externo (OD), que está selado numa das extremidades. O tubo é evacuado e puxado para baixo até um diâmetro externo de 1,2 mm. A fibra resultante é então cortada em pedaços mais pequenos, e empilhados dentro de um tubo de PMMA maior. Esta pilha é selada numafinal e alimentados numa fornalha enquanto está a ser rapidamente elaborado, reduzindo o diâmetro da estrutura de um factor de 10, e o aumento do comprimento por um factor de 100. Estas fibras possuem características de micro-e nano-escala, são inerentemente flexível, produzível em massa, e pode ser tecido de exibir propriedades electromagnéticas que não são encontrados na natureza. Eles representam uma plataforma promissora para uma série de novos dispositivos de terahertz para frequências ópticas, tais como fibras, tecidos invisíveis panos de índice de refracção negativo e super-resolução de lentes.

Metamaterial fibras foram produzidas utilizando a técnica descrita. Eles foi montado a partir de uma pré-forma de fibras de um milímetro de PMMA contendo 100 um de diâmetro de índio fios contínuos, mostrados na Figura 2, que por sua vez tinha sido retirado de si uma pré-forma de um fio de índio milímetros contidos dentro de um revestimento de 10 milímetros de polímero, que foi produzido sleeving por tubos de polímero de tamanho adequado, tal como mostrado no esquema da Figura 1.</str...

Watch this Scientific Journal Video about Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method at JoVE.com

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamateriais em frequências terahertz oferecem oportunidades únicas, mas são difíceis de fabricar em massa. Nós de adaptar o processo de fabricação de fibras ópticas microestruturadas de polímero de baixo custo, fabricar metamateriais potencialmente a uma escala industrial. Nós produzir fibras de polimetilmetacrilato contendo ~ 10 um de diâmetro de índio fios separados por ~ 100 pm, que exibem uma resposta terahertz plasmonic.

Os metamateriais usando o método de fabricação Desenho de Fibra

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

fabricating-metamaterials-using-the-fiber-drawing-method

Research

JoVE Journal

Engineering

13.7K visualizações.  University of Sydney. Metamateriais em frequências terahertz oferecem oportunidades únicas, mas são difíceis de fabricar em massa. Nós de adaptar o processo de fabricação de fibras ópticas microestruturadas de polímero de baixo custo, fabricar metamateriais potencialmente a uma escala industrial. Nós produzir fibras de polimetilmetacrilato contendo ~ 10 um de diâmetro de índio fios separados por ~ 100 pm, que exibem uma resposta terahertz plasmonic.

Vídeo: 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.

Coloidal Síntese de nanopatch Antenas para aplicações em plasmônica e 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 ...

Engenharia

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.

Fabricação de ressonadores anel de divisão Nanopillar-base para o deslocamento atuais mediada Ressonâncias em Terahertz Metamaterials

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 instalação para aprimorar o controle de qualidade para a fibra reforçado polímero Spike âncoras

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.

Fabricação de superfícies reativas com escova, como filmes de quitosana de polímeros co bloco Azlactone-acrescida e

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.

Desenho e hidrofobicidade-padronização longos filamentos de Silicone 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.

Fabricando Van der Waals Heterostructures com alinhamento rotativo preciso

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.

Montagem Etalon e Alinhamento 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.

Medição das propriedades mecânicas de laminados compósitos poliméricos de reforço de fibra de vidro obtidos por diferentes processos de fabricação

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

Fabricação em micro-relevo de dispositivos analíticos baseados em papel de nanocelulose  

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 em destaque: Revolucionando a microfluídica por meio da fabricação de microcanais em nanopaper 

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.

Microgravação: Um Processo Conveniente para Fabricação de Microcanais em Microfluídica à Base de Papel de Nanocelulose

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