Una serie di metamateriali stampati in 3D con caratteristiche uniche in risposta alle microonde e nel campo ottico

Un team di ingegneri della Tufts University ha sviluppato una serie di metamateriali stampati in 3D con caratteristiche uniche di microonde o ottiche. In un caso, hanno tratto ispirazione dall’occhio composto di una falena per creare un dispositivo emisferico in grado di assorbire i segnali elettromagnetici da qualsiasi direzione a lunghezze d’onda selezionate. La ricerca è stata pubblicata oggi sulla rivista Microsystems & Nanoengineering, edita da Springer Nature.

I metamateriali, introdotti da Victor Veselago nel 1968, sono materiali artificialmente progettati, che possono essere progettati per mostrare proprietà elettromagnetiche uniche a volte non presenti in natura. I metamateriali estendono le capacità dei materiali convenzionali nei dispositivi facendo uso di caratteristiche geometriche disposte in pattern ripetuti a scale più piccole delle lunghezze d’onda dell’energia che vengono rilevate o influenzate. I nuovi sviluppi nella tecnologia di stampa 3D stanno rendendo possibile la creazione di molte più forme e modelli di metamateriali e scale sempre più ridotte.

I ricercatori del Nano Lab di Tufts propongono un approccio di fabbricazione ibrido utilizzando la stampa 3D, il rivestimento metallico e l’incisione per creare metamateriali con geometrie complesse e nuove funzionalità per le lunghezze d’onda nella gamma di microonde.

Ad esempio, hanno creato una serie di minuscole strutture a forma di fungo, ciascuna delle quali conteneva un piccolo risuonatore in metallo modellato nella parte superiore di un gambo. Questa particolare disposizione consente di assorbire microonde di frequenze specifiche, a seconda della geometria scelta dei “funghi” e della loro spaziatura. L’utilizzo di tali metamateriali potrebbe essere utile in applicazioni quali sensori nella diagnosi medica e come antenne in telecomunicazioni o rilevatori in applicazioni di imaging.

Altri dispositivi sviluppati dai ricercatori includono riflettori parabolici che assorbono e trasmettono in modo selettivo determinate frequenze. Tali concetti potrebbero semplificare i dispositivi ottici combinando le funzioni di riflessione e filtraggio in un’unica unità. “La capacità di consolidare le funzioni utilizzando metamateriali potrebbe essere incredibilmente utile”, ha detto Sameer Sonkusale, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la School of Engineering della Tufts University, che dirige il Nano Lab a Tufts ed è l’autore corrispondente dello studio. “È possibile che potremmo utilizzare questi materiali per ridurre le dimensioni degli spettrometri e di altri dispositivi di misurazione ottica in modo che possano essere progettati per lo studio sul campo portatile”.

Un altro contributo è la capacità di fondere più funzioni elettromagnetiche in una singola ottica geometrica incorporata in metamateriale o dispositivo MEGO. Altre forme, dimensioni e orientamenti della stampa 3D modellata possono essere concepiti per creare MEGO che assorbono, migliorano, riflettono o piegano le onde in modi che sarebbero difficili da ottenere con i metodi di fabbricazione convenzionali.

I ricercatori attualmente utilizzano tecnologie di stampa 3D stereolitografiche, che focalizzano la luce per polimerizzare le resine fotoinduribili nelle forme desiderate. Altre tecniche di stampa 3D, come la polimerizzazione di due fotoni, possono fornire una risoluzione di stampa fino a 200 nanometri, che consente la fabbricazione di metamateriali ancora più fini in grado di rilevare e manipolare segnali elettromagnetici di lunghezza d’onda ancora più piccola, compresa potenzialmente la luce visibile.

“Il potenziale completo della stampa 3D per MEGO non è stato ancora realizzato”, ha dichiarato Aydin Sadeqi, studentessa laureata nel laboratorio di Sankusale presso la Tufts University School of Engineering e autrice principale dello studio. “C’è molto altro che possiamo fare con la tecnologia attuale e un grande potenziale in quanto la stampa 3D si evolve inevitabilmente.”

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