噴墨打印構建“不可能的”超材料

超材料是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料在自然界中不存在，有時又被稱為“不可能的材料”。據(jù)2021年6月21日發(fā)表在《自然·電子學》上的論文介紹，美國塔夫茨大學工程師利用低成本的噴墨打印技術，用有機聚合物構建了一種超材料，可應用于大型整合面或與生物環(huán)境有關的接口，并首次展示了該超材料可用電調(diào)節(jié)其性能。

電磁超材料及其二維形式——超表面，是以特殊方式與電磁波相互作用的復合結構。這些材料由微小結構組成，這些結構比它們所影響的能量的波長還要小，重復排列，顯示出獨特的波相互作用能力，用這種材料設計出的非傳統(tǒng)反射鏡、透鏡和濾光器，能對波進行阻擋、增強、反射、透射或彎曲，超越了傳統(tǒng)材料的性能。

本研究中的超材料由薄膜有機聚合物構建，還可以用于醫(yī)療設備通信，因為其具有生物相容性，在功能上成為一種酶偶聯(lián)傳感器，而其固有的靈活性可以使設備形成適合在人體上或體內(nèi)使用的整合面。

研究人員用導電聚合物作為襯底，再用噴墨打印特定的電極圖案，使其產(chǎn)生微波諧振，便成為一種超材料。諧振器是通信設備中的重要組件，可以幫助過濾吸收或傳輸?shù)哪芰款l率。打印設備可通過電調(diào)諧來調(diào)整調(diào)制器過濾的頻率范圍。

工作在微波頻譜中的超材料器件在電信、GPS、雷達和移動設備中有廣泛的應用潛力，可以顯著提高它們的信號靈敏度和發(fā)射功率。

塔夫茨大學工程學院弗蘭克·C·多布爾工程教授、該研究通訊作者菲奧倫佐·奧梅內(nèi)托說：“我們展示了在電磁頻譜的微波區(qū)域運行時，對超表面和超設備的特性進行電調(diào)節(jié)的能力?！?/p>

目前，納米級波長的可見光超材料的開發(fā)仍處于早期階段，而厘米級波長的微波能量超材料的制造則相對容易。研究人員認為，他們所使用的噴墨打印和其他沉積制造方法，可以測試在更高頻率下工作的超材料。