自我组建的超材料?

所谓的开环共振器(SRR)是最知名的超材料,它的人造磁力也首次得到了验证,并可以被用来制造首个带有负折射率的材料。

 

超材料是一种新型材料,由于它的某些性质得到了验证,如人造磁力、负折射率和隐形能力(隐藏物体的能力),所以最近备受关注。普通的超材料是工程复合材料,它显示出了组成材料不具备的罕见超高电磁性能。超材料展现的新电磁性能有助于我们在不同领域开发它的全新运用,例如:电讯、成像和安全。但是,目前由于超材料的频带窄、损耗高和在制作高保真三维材料方面的限制,它的用途也非常局限。在大多数情况下,它们都是由造价颇高的高科技手段制造而成,这也从根本上限制了它们的运用范围。

在华沙、波兰和俄罗斯圣彼得堡等机构中合作的科学家们相信:在不久的将来,在超材料领域中会出现自上而下的方法,同时纳米粒子、包含物、具有各种形状的高分子和不同的内在性能的出现都会引发全新的构想和运用。他们正在使用的方法是:利用共熔合金生成过程中出现的自我组建机制。大家主要是从金属合金中得知共熔合金的,虽然目前随处可见它们的身影,但我们对它的非传导性形式(例如氧化物与氧化物)或混合物(例如金属和氧化物)还不得其解。最近科学家们观察到了将共熔合金用于光子学领域的可能性,并且他们正在努力验证这一点。根据他们的了解,共熔合金能够适用于多种领域:它们非常庞大,能够同时构建于微型甚至是纳米级的结构上,我们可以使用许多不同的组成材料形成一个共熔合金,还可以得到许多不同的几何图案,通常我们还可以从微型甚至是纳米级的结构层次上控制获得的结构。

D. A.怕瓦拉克(ITME)说:“验证用自我组建方式制造出来的类似SRR的粒子着实使超材料科学家们吃了一惊,但是我们仍然需要验证它的性能。”有些人对自我组建材料的特殊功效表示怀疑,例如它的负折射率或隐形能力,因为和通过自上而下的方法获得的材料相比,自我组建的材料通常发生错乱的几率更大。虽然会出现错乱的情况,但自我组建在天然的光子学中还是占据着重要的地位。它会产生一系列可以反射不同颜色的特殊结构(结构颜色-光子晶体-在蝴蝶翅膀,高级羊毛绒上)以及各不相同的普通波长(UV-通讯,NIR-温度调节),宽频带反射器、动态颜色改变(变色龙)消反射表面(透明的飞蛾翅膀和飞蛾眼睛)甚至是负折射。

作者的一个梦想就是有一天他们能够制作出一种共熔合金喷雾,可以把这种喷雾喷射到任何一种物体上使其隐形,举例来说。

从左到右:带有类似SRR形状沉淀物的不规则碎片形共熔合金;显示出大沉淀物、覆盖有250纳米层银的蚀刻结构(边长大约为100μm);小沉淀物(边长大约为2.5μm)

D. A. Pawlak et al., Adv. Funct. Mater ; DOI: 10.1002/adfm.200901875