研究人员3D打印具有独特微波或光学特性的超材料

塔夫茨大学的工程师团队开发了一系列具有独特微波或光学特性的3D打印超材料。在一个案例中，他们从飞蛾的复眼中汲取灵感，创造出一种半球形装置，可以在选定波长的任何方向吸收电磁信号。该研究发表在Springer Nature出版的微系统与纳米工程期刊上。

3D打印的半球形超材料可以在选定的频率下吸收微波。

由Victor Veselago于1968年推出的超材料是人工设计的材料，其设计可以显示出有时在自然界中找不到的独特电磁特性。超材料通过利用以小于被检测或影响的能量波长的尺度的重复图案排列的几何特征来扩展装置中常规材料的能力。 3D打印技术的新发展使得可以创建更多的超材料形状和图案，并且规模越来越小。

塔夫茨大学纳米实验室的研究人员提出了一种采用3D打印，金属涂层和蚀刻的混合制造方法，以创建具有复杂几何形状和微波范围内波长的新功能的超材料。

例如，他们创造了一系列微小的蘑菇状结构，每个结构在茎顶部保持一个小的图案金属谐振器。这种特殊的布置允许吸收特定频率的微波，这取决于所选择的“蘑菇”的几何形状和它们的间距。这种超材料的使用在诸如医学诊断中的传感器和电信中的天线或成像应用中的检测器的应用中可能是有价值的。

研究人员开发的其他设备包括选择性吸收和传输某些频率的抛物面反射器。这些概念可以通过将反射和滤波的功能组合成一个单元来简化光学装置。 “利用超材料整合功能的能力可能非常有用，”塔夫斯大学工程学院电气和计算机工程教授Sameer Sonkusale说，他是塔夫茨大学纳米实验室的负责人，也是该研究的通讯作者。 “我们可以使用这些材料来减小光谱仪和其他光学测量设备的尺寸，因此它们可以设计用于便携式野外研究。”

另一个贡献是能够将多个电磁功能融合到单个超材料嵌入式几何光学器件或MEGO器件中。可以设想图案化3D打印的其他形状，尺寸和取向以产生MEGO，其以传统制造方法难以实现的方式吸收，增强，反射或弯曲波。

研究人员目前正在利用立体光刻3D打印技术，该技术将光聚焦于将可光固化树脂聚合成所需形状。其他3D打印技术，例如双光子聚合，可以提供低至200纳米的打印分辨率，这使得能够制造甚至更精细的超材料，其可以检测和操纵甚至更小波长的电磁信号，可能包括可见光。

“MEGO 3D打印的全部潜力尚未实现，”塔夫斯大学工程学院Sankusale实验室的研究生，该研究的主要作者Aydin Sadeqi说。 “我们可以利用当前的技术做更多的事情，并且3D打印不可避免地发展出巨大的潜力。”