211service.com
Praktische Unsichtbarkeitsumhänge
Quelle: Großflächiges flexibles optisches 3D-Metamaterial mit negativem Index, das durch Nanotransferdruck gebildet wird
John Rogerset al.
Natur Nanotechnologie 6 (7): 402-407
Ergebnisse: Forscher haben ein stempelbasiertes Druckverfahren entwickelt, um große Platten aus Metamaterialien zu erzeugen, einer neuen Klasse von Materialien, die mit Licht auf eine Weise interagieren, die in der Natur nicht zu sehen ist. Sie haben es verwendet, um Platten aus einem Metamaterial herzustellen, die fast neun Zentimeter pro Seite messen, um Größenordnungen größer, als es bisher möglich war. Tests zeigten, dass dieses Material, das Licht nach hinten beugt, tatsächlich bessere optische Eigenschaften besitzt als Materialien, die mit aufwendigeren Verfahren hergestellt wurden.
Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom September 2011
- Siehe den Rest der Ausgabe
- Abonnieren
Warum es wichtig ist: Kleine Experimente deuten darauf hin, dass Metamaterialien verwendet werden könnten, um Tarnumhänge, superhochauflösende Mikroskope und andere exotische optische Geräte herzustellen. Bisher waren Forscher jedoch nicht in der Lage, solche Geräte im praktischen Maßstab zu entwickeln, da die Herstellung von Metamaterialien schwierig und zeitaufwändig ist. Langsame, präzise Methoden wie die Elektronenstrahllithographie wurden typischerweise verwendet, um komplizierte nanoskalige Muster in die Schichten von Metallen und anderen Komponenten, aus denen diese Materialien bestehen, zu ritzen. Die größten bisher produzierten Stücke waren nur wenige hundert Mikrometer lang.
Methoden: Die Forscher begannen mit dem Design eines Metamaterials, das andere vor einigen Jahren mit langsameren Methoden produziert hatten. Sie stellten einen Hartplastikstempel her, der mit dem vom Entwurf vorgegebenen Raster gemustert war. Dann färbten sie den Stempel in einer Verdampfungskammer ein, indem sie mehrere dünne Filme abschieden: zuerst eine Opferschicht, dann Schichten aus Metall und dielektrischen Materialien, aus denen das Metamaterial besteht. Schließlich setzten sie den Stempel auf eine Oberfläche und behandelten ihn chemisch, um die Opferschicht aufzulösen und das Metamaterial vom Stempel zu befreien. Der Stempel wurde abgezogen, das Metamaterial blieb auf der Oberfläche. Jeder Stempel ist wiederverwendbar und kostengünstig herzustellen.
Nächste Schritte: Die Forscher erwarten, dass sie durch die Verwendung von mehr als einem Stempel in der Lage sein werden, viel größere Metamaterial-Blätter herzustellen. Die Methode kann auch an andere Metamaterialdesigns angepasst werden, aber die Forscher hoffen, dass andere Wissenschaftler damit große Mengen dieses speziellen Materials für Cloaking und andere Anwendungen herstellen werden.
Transparente Batterien
Elektroden mit Merkmalen, die kleiner sind, als das Auge auflösen kann, können zu durchsichtigen elektrischen Geräten führen
Quelle: Transparente Lithium-Ionen-Akkus
Yi Cui et al.
Tagungsband der Nationalen Akademien der Wissenschaften, online veröffentlicht 25. Juli 2011
Ergebnisse: Forscher haben vollständig transparente Batterien hergestellt und damit eine Leuchtdiode betrieben. Die Prototypen können so viel Energie speichern wie eine Nickel-Cadmium-Batterie gleichen Volumens.
Warum es wichtig ist: Transparente Batterien sind die letzte fehlende Komponente, die benötigt wird, um transparente Displays und andere durchsichtige elektronische Geräte herzustellen. Forscher haben zuvor andere wichtige Klassen der Elektronik transparent gemacht, darunter Transistoren und die zur Steuerung von Displays verwendeten Komponenten.
Methoden: Die Forscher entwarfen Elektroden aus einem Netz, bei dem alle Linien in der Größenordnung von 50 Mikrometern liegen – kleiner als für das menschliche Auge sichtbar, sodass das Ergebnis transparent erscheint. Um die Elektroden herzustellen, schnitzten sie zunächst mit Lithographie einen Siliziumwafer in eine Form mit einem erhabenen Gittermuster. Flüssiges PDMS, ein klares, matschiges Polymer, wurde über die Form gegossen und nach dem Erstarren abgezogen. Anschließend tropften die Forscher eine Lösung mit Standardmaterialien für Lithium-Ionen-Elektroden auf das Gitter aus schmalen Kanälen auf der Oberfläche der PDMS-Platte. Die Kapillarwirkung zog die Materialien in die Folie, bis alle Kanäle gefüllt waren, wodurch das Netz entstand. Schließlich schlossen die Forscher einen klaren Gelelektrolyten zwischen zwei Elektroden ein und hüllten das gesamte System in eine schützende Plastikhülle ein.
Nächste Schritte: Die Forscher wollen die Energiespeicherung um eine Größenordnung verbessern – auf etwa 200 Wattstunden pro Liter –, indem sie die Dicke des Polymersubstrats verringern und die Gräben vertiefen, die die Elektrodenmaterialien halten.