종이 기반 메타 물질을 만드는 자동 드로잉 머신을 개발합니다.

[아름이]

종이 기반 메타 물질을 만드는 자동 드로잉 머신을 개발합니다.
새로운 접근 방식으로 가볍고 얇고 유연한 메타물질 생성
날짜:
2022년 10월 13일
원천:
광학
요약:
연구자들은 펜과 연필을 사용하여 메타물질(패턴화된 미세구조에서 특성을 파생시키는 인공적으로 공학적으로 설계된 복합 재료)을 종이에 그리는 자동 드로잉 기계를 개발했습니다. 그들은 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역을 조작할 수 있는 세 가지 메타물질을 만들기 위해 이를 사용하여 새로운 접근 방식을 시연했습니다.

펜과 연필을 사용하여 종이에 메타 물질을 그리는 자동 그리기 기계를 개발했습니다. 그들은 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역을 조작하는 데 사용할 수 있는 세 가지 메타물질을 만들기 위해 이를 사용하여 새로운 접근 방식을 시연했습니다.

메타 물질은 물질 자체의 화학적 조성이 아니라 패턴화된 미세 구조에서 속성을 파생시키는 인공적으로 설계된 복합 물질입니다. 구조의 정확한 모양, 기하학, 크기, 방향 및 배열은 기존 재료로는 불가능한 방식으로 전자기파를 조작하는 데 사용할 수 있습니다.

중국 난징대학의 Junming Zhao 연구팀장은 "메타물질, 특히 흡수체로 사용되는 물질은 일반적으로 얇고 가벼우며 넓고 강해야 하지만 기존 기판을 사용하여 얇고 가벼운 장치를 만드는 것은 쉽지 않습니다."라고 말했습니다. "종이를 기질로 사용하면 이러한 요구 사항을 충족하는 데 도움이 되는 동시에 표면에 부합하거나 기계적으로 재구성 가능한 메타표면에 적합합니다."

광학 재료 익스프레스( Optical Materials Express ) 저널 에서 연구원들은 전도성 잉크가 있는 볼펜을 사용하여 도체를 그리고 샤프펜슬을 사용하여 저항기와 저항막을 그리는 새로운 기술에 대해 설명합니다. 그들은 이 프로세스를 컴퓨터로 제어되는 드로잉 머신에 통합하여 보다 자동화되고 정확하게 만들었습니다.

"종이 기반 메타 물질은 이전에 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 만들어졌지만 우리의 드로잉 기술은 더 저렴하고 간단하며 유연합니다."라고 Zhao가 말했습니다. "우리의 방법은 휴대폰이나 다른 소스에서 입사 전자기 에너지를 흡수하는 메타 물질 장치뿐만 아니라 재구성 가능한 안테나와 금속 렌즈를 만드는 데 유용할 수 있습니다."

자동 도면

새로운 드로잉 머신은 전도성 물질이 포함된 잉크가 있는 펜이나 다양한 흑연 함량을 가진 일반 샤프펜슬을 사용합니다. 3개의 스테퍼 모터가 있으며 그 중 2개는 수평면에서 펜이나 연필의 움직임을 제어하고 다른 하나는 수직면에서 필기구를 들어 올리거나 떨어뜨립니다. 이동 속도와 같은 드로잉 머신의 매개변수는 컴퓨터에 의해 제어됩니다.

Zhao는 "우리가 시도한 일부 종이는 연필이나 전도성 잉크 펜과 호환되지 않아 그려진 패턴의 전도성이 좋지 않았습니다."라고 말했습니다. "일부 테스트 후 우리는 얻기 쉽고 연필 및 전도성 잉크와 매우 호환되는 0.22mm 두께의 종이를 사용하여 최상의 성능을 얻을 수 있음을 발견했습니다."

연구원들은 전도성 잉크 펜을 사용하여 종이에 패턴을 그리고 패턴이 미터당 3×10 6 지멘스의 우수한 전도성을 갖는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 다양한 양의 흑연, 드로잉 시간 및 드로잉 압력으로 연필을 테스트하여 이러한 요소가 전기 저항에 미치는 영향을 특성화했습니다. 이를 통해 특정 저항으로 패턴을 그리는 데 필요한 조건을 계산할 수 있었습니다.

종이 메타물질 만들기

연구원들은 새로운 드로잉 기술을 사용하여 3가지 다른 종이 기반 메타물질(편광 변환기, 흡수체 및 등각 코딩 메타표면)을 설계하고 제작했습니다. 그들은 편광 변환기가 3.1GHz에서 6.6GHz로 변환 효율이 90% 이상인 선형 편광을 90° 회전할 수 있음을 보여주었습니다. 그들이 제작한 흡수체의 질량은 58.3g에 불과했으며 2.1GHz에서 10.5GHz 사이에서 90%의 흡수율을 달성했습니다.

연구원들은 또한 군용 항공기 및 선박에서 레이더 신호를 숨기는 데 사용되는 레이더 단면 축소에 사용할 수 있는 등각 코딩 메타표면을 만들었습니다. 이 메타표면은 서로 180° 반사 위상차를 갖는 두 개의 구조적 단위를 가지고 있어 1비트 코딩을 위한 ' 0' 및 ' 1' 요소로 작동할 수 있습니다. 곡면 주위를 구부렸을 때 이 메타표면은 8.94GHz에서 11.59GHz의 주파수 대역에서 10dB 레이더 단면 감소를 달성했습니다.

Zhao는 "미래에 드로잉 기술을 사용하여 피부에 휴대하거나 적용할 수 있는 메타 장치를 설계 및 제작하여 전자기 차폐 및 기타 기능을 달성할 수 있기를 희망합니다."라고 말했습니다. "우리는 또한 종이가 구부러지고 접힐 수 있다는 사실을 이용하여 기계적으로 재구성 가능한 메타물질을 설계할 계획입니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/