超材料是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料在自然界中不存在，有時(shí)又被稱為“不可能的材料”。據(jù)21日發(fā)表在《自然·電子學(xué)》上的論文介紹，美國(guó)塔夫茨大學(xué)工程師利用低成本的噴墨打印技術(shù)，用有機(jī)聚合物構(gòu)建了一種超材料，可應(yīng)用于大型整合面或與生物環(huán)境有關(guān)的接口，并首次展示了該超材料可用電調(diào)節(jié)其性能。
電磁超材料及其二維形式——超表面，是以特殊方式與電磁波相互作用的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這些材料由微小結(jié)構(gòu)組成，這些結(jié)構(gòu)比它們所影響的能量的波長(zhǎng)還要小，重復(fù)排列，顯示出獨(dú)特的波相互作用能力，用這種材料設(shè)計(jì)出的非傳統(tǒng)反射鏡、透鏡和濾光器，能對(duì)波進(jìn)行阻擋、增強(qiáng)、反射、透射或彎曲，超越了傳統(tǒng)材料的性能。
本研究中的超材料由薄膜有機(jī)聚合物構(gòu)建，還可以用于醫(yī)療設(shè)備通信，因?yàn)槠渚哂猩锵嗳菪裕诠δ苌铣蔀橐环N酶偶聯(lián)傳感器，而其固有的靈活性可以使設(shè)備形成適合在人體上或體內(nèi)使用的整合面。
研究人員用導(dǎo)電聚合物作為襯底，再用噴墨打印特定的電極圖案，使其產(chǎn)生微波諧振，便成為一種超材料。諧振器是通信設(shè)備中的重要組件，可以幫助過濾吸收或傳輸?shù)哪芰款l率。打印設(shè)備可通過電調(diào)諧來調(diào)整調(diào)制器過濾的頻率范圍。
工作在微波頻譜中的超材料器件在電信、GPS、雷達(dá)和移動(dòng)設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用潛力，可以顯著提高它們的信號(hào)靈敏度和發(fā)射功率。
塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院弗蘭克·C·多布爾工程教授、該研究通訊作者菲奧倫佐·奧梅內(nèi)托說：“我們展示了在電磁頻譜的微波區(qū)域運(yùn)行時(shí)，對(duì)超表面和超設(shè)備的特性進(jìn)行電調(diào)節(jié)的能力。”
目前的元設(shè)備技術(shù)在很大程度上依賴于復(fù)雜而昂貴的材料和制造工藝，而新技術(shù)則廉價(jià)、可擴(kuò)展。研究小組開發(fā)的調(diào)諧策略完全依賴于薄膜材料，這些材料可以大規(guī)模印刷或打印在各種襯底上，進(jìn)行處理和沉積。通過調(diào)整襯底聚合物的電學(xué)特性，能在更高頻率(5GHz)范圍內(nèi)操作器件。
目前，納米級(jí)波長(zhǎng)的可見光超材料的開發(fā)仍處于早期階段，而厘米級(jí)波長(zhǎng)的微波能量超材料的制造則相對(duì)容易。研究人員認(rèn)為，他們所使用的噴墨打印和其他沉積制造方法，可以測(cè)試在更高頻率下工作的超材料。(實(shí)習(xí)記者 張佳欣)
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