Un equipo de ingenieros de la Universidad de Tufts ha desarrollado una serie de metamateriales impresos en 3D con propiedades ópticas o de microondas únicas que van más allá de lo que es posible con materiales ópticos o electrónicos convencionales. Los métodos de fabricación desarrollados por los investigadores demuestran el potencial, tanto presente como futuro, de impresión 3D para ampliar la gama de diseños geométricos y materiales compuestos que conducen a dispositivos con propiedades ópticas novedosas. En un caso, Los investigadores se inspiraron en el ojo compuesto de una polilla para crear un dispositivo hemisférico que puede absorber señales electromagnéticas de cualquier dirección en longitudes de onda seleccionadas. La investigación se publicó hoy en la revista Microsistemas y nanoingeniería , publicado por Springer Nature.

Los metamateriales amplían las capacidades de los materiales convencionales en los dispositivos al hacer uso de características geométricas dispuestas en patrones repetidos a escalas más pequeñas que las longitudes de onda de la energía que se detecta o influye. Los nuevos desarrollos en la tecnología de impresión 3-D están haciendo posible crear muchas más formas y patrones de metamateriales, ya escalas cada vez menores. En el estudio, Los investigadores del Nano Lab en Tufts describen un enfoque de fabricación híbrido que utiliza impresión 3-D, Recubrimiento y grabado de metales para crear metamateriales con geometrías complejas y funcionalidades novedosas para longitudes de onda en el rango de microondas.

Por ejemplo, crearon una serie de diminutas estructuras en forma de hongo, cada uno sosteniendo un pequeño resonador de metal estampado en la parte superior de un tallo. Esta disposición particular permite absorber microondas de frecuencias específicas, dependiendo de la geometría elegida de los "hongos" y su espaciamiento. El uso de tales metamateriales podría ser valioso en aplicaciones tales como sensores en diagnóstico médico y como antenas en telecomunicaciones o detectores en aplicaciones de imágenes.

Otros dispositivos desarrollados por los autores incluyen reflectores parabólicos que absorben y transmiten selectivamente ciertas frecuencias. Estos conceptos podrían simplificar los dispositivos ópticos al combinar las funciones de reflexión y filtrado en una sola unidad. "La capacidad de consolidar funciones utilizando metamateriales podría ser increíblemente útil, "dijo Sameer Sonkusale, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts que dirige el Nano Lab en Tufts y es el autor correspondiente del estudio. "Es posible que podamos utilizar estos materiales para reducir el tamaño de los espectrómetros y otros dispositivos de medición óptica para que puedan diseñarse para el estudio de campo portátil".

Los productos de la combinación de patrones ópticos / electrónicos con la fabricación tridimensional del sustrato subyacente son denominados por los autores metamateriales incrustados con óptica geométrica, o MEGO. Otras formas, tamaños y las orientaciones de la impresión tridimensional estampada se pueden concebir para crear MEGO que absorben, mejorar, reflejar o doblar las ondas de formas que serían difíciles de lograr con los métodos de fabricación convencionales.

Hay una serie de tecnologías disponibles para la impresión 3D, y el estudio actual utiliza estereolitografía, que enfoca la luz para polimerizar resinas fotocurables en las formas deseadas. Otras tecnologías de impresión 3-D, como la polimerización de dos fotones, puede proporcionar una resolución de impresión de hasta 200 nanómetros, que permite la fabricación de metamateriales aún más finos que pueden detectar y manipular señales electromagnéticas de longitudes de onda aún más pequeñas, potencialmente incluyendo luz visible.

"Aún no se ha aprovechado todo el potencial de la impresión 3D para MEGO, "dijo Aydin Sadeqi, estudiante de posgrado en el laboratorio de Sankusale en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts y autor principal del estudio. "Podemos hacer mucho más con la tecnología actual, y un enorme potencial a medida que evoluciona inevitablemente la impresión 3D ".