12. ledna 2021
Tiskovatelné nanokompozity překonávají výrobní omezení metalenses
(
Nanowerk Spotlight
) Metalenses jsou ultratenké ploché povrchy, které využívají nanostruktury k zaostření světla. Přitáhly obrovskou pozornost, protože dokážou překonat omezení konvenčních objemných, zakřivených a těžkých refrakčních optických čoček a jsou připraveny způsobit revoluci ve všem od mikroskopie po kamery, senzory a displeje.
Navzdory těmto výhodám není hromadná výroba této ploché optiky – například pro zařízení s vlnovou hladinou – stále možná kvůli nízké produktivitě a vysokým nákladům na elektronovou litografii, která se běžně používá k výrobě metalense.
Potřebujeme tisknutelné materiály s vysokým indexem lomu pro hromadnou výrobu vysoce účinných metalenses, včetně obecných
metapovrchy
. Dosud však neexistoval žádný materiál splňující tyto požadavky.
Výzkumní pracovníci v Koreji nyní vyvinuli vysoce výkonnou, škálovatelnou metodu nanokompozitního tisku pro výrobu metalenses při nízkých nákladech, čímž připravili cestu k jejich komercializaci.
Tým zveřejnil svá zjištění v
ACS Nano
(
"Tiskovatelné nanokompozitní kovy pro vysoce kontrastní blízké infračervené zobrazování"
).
Porovnání konvenčního a kovového. (Obrázek: Rho Research Lab, POSTECH)
V předchozím výzkumu oxid titaničitý (TiO
2
) nebo nitrid galia (GaN) byly použity jako vhodné materiály pro vysoce účinné metapovrchy. Výroba – nanášení a leptání – těchto materiálů je však velmi náročná a příliš nákladná pro komercializaci.
"Naproti tomu", jak říká prof.
Junsuk Rho
z Pohang University of Science & Technology (POSTECH), který tuto práci vedl, vysvětluje společnosti Nanowerk, „náš nanokompozitní materiál, který je vhodný také pro vysoce účinné metapovrchy, lze tvarovat do metalense pouhým jedním krokem tisku bez jakýchkoli sekundárních operací, jako je nanášení tenkých vrstev. nebo plazmové leptání."
Výzkumníci syntetizovali svůj nanokompozit tak, že dispergovali křemíkové nanočástice v matrici pryskyřice vytvrditelné UV zářením, aby dosáhli vysokého indexu lomu pro zvýšení účinnosti metalenses. Tisková forma je opakovaně použitelná, takže velkoplošné metalense lze tisknout rychle a opakovaně.
Schéma jednokrokového procesu tisku kovů. (Upraveno a přetištěno se svolením American Chemical Society) (klikněte na obrázek pro zvětšení)
Vyrobené kovy vykazují účinnost zaostřování 47 % při λ = 940 nm a podle týmu lze účinnost dále zvýšit optimalizací složení křemíkového nanokompozitu.
Ačkoli byly křemíkové nanočástice použity jako klíčový prvek tohoto nanokompozitu, tým poukazuje na to, že stále existuje mnoho druhů nanočástic – jako jsou kvantové tečky a nanočástice s přeměnou nahoru – které by mohly být potenciálně použity místo nich.
"Efekty těchto funkčních nanočástic s metapovrchy nebyly dosud stanoveny a věříme, že bude možné objevit nové kvantově-nanofotonické jevy nebo vyvinout nová nanofotonická zařízení, jako jsou nanolasery," říká Rho.
Poznamenává, že nanokompozitní tiskový proces předvedený jeho týmem lze aplikovat nejen na metalense, ale také na obecné metapovrchy, jako jsou metahologramy, barevné filtry, dokonalé absorbéry a optické pláště.
Snímek vytištěných kovových prvků o průměru 4 mm namontovaných na tubusu čočky o průměru 1 palce. Zelený kruh je kov. Vložka ukazuje SEM obrázek křemíkových nanokompozitních struktur, které tvoří kovy (výzkumníci vyrobili nanopilíře o průměru v rozmezí od 260 do 650 nm). (Obrázek: Rho Research Group, POSTECH)
Aplikací své nanokompozitní tiskové techniky vědci demonstrují blízko infračervené (NIR) metaleny, které mohou mít aplikace v senzorech LiDAR (přijímače), IR kamerách, CCTV, zařízeních pro noční vidění a biometrických zařízeních, jako je rozpoznávání žil.
Tento způsob tisku je také schopen realizovat viditelné metalenses a možné aplikace v této oblasti zahrnují ultratenké optické moduly fotoaparátů (smartphony), objektivy kompaktních DSLR fotoaparátů a mnoho dalších optických zařízení využívajících konvenční optické čočky.
"Bylo mnoho pokusů o korekci různých optických aberací, jako je sférická aberace, chromatická aberace a kóma, pomocí jediného kovu," říká Rho. "Některé předchozí práce ukázaly tak slibnou možnost, ale strategie návrhu nebyla dokonalá. Proto musíme vyvinout nové principy designu pro takové metalense bez aberací."
„Největším problémem, kterému bude budoucí výzkum v této oblasti čelit, je to, že numerická simulace metapovrchů je velmi časově náročná,“ uzavírá. "Proto musíme vyvinout nové přístupy k navrhování metapovrchů; hluboké učení může být pro tento účel slibným kandidátem."
Od
Michaeli
Berger
–
Michael je autorem tří knih od Royal Society of Chemistry:
Nanospolečnost: Posouvání hranic technologie
,
Nanotechnologie: Budoucnost je malá
a
Nanoinženýrství: Dovednosti a nástroje činí technologii neviditelnou
Autorská práva ©
Nanowerk
Zpravodaj společnosti Nanowerk
Získejte naše aktualizace Nanotechnology Spotlight do vaší schránky!
Přihlaste se k odběru
Načítání...
Děkuji!
Úspěšně jste se připojili k našemu seznamu odběratelů.
Staňte se hostujícím autorem Spotlight!
Připojte se k naší velké a rostoucí skupině
hostující přispěvatelé
. Právě jste publikovali vědeckou práci nebo se chcete podělit s nanotechnologickou komunitou o další zajímavé poznatky?
Zde je návod, jak publikovat na nanowerk.com
.
Tyto články by vás také mohly zajímat: