解析元物和元表层-属性和应用
元物能做什么
前缀
元数据表示素材特征超出我们在自然界所见元材料是一种新奇功能类材料,围绕独特的微和纳米模式或结构设计,导致它们与光和其他形式能源发生交互作用,其方式在性质上无法发现。
元材料是人工设计和制造的复合材料它们的特性取自内部微结构,而非自然素材中发现的化学组成通过将原子排列成特定几何,元材料可设计成拥有自然素材所无法实现的属性和能力
元材料通常由多样元素组成,由传统素材组成,如金属或非导素思考魔方由数以百万计小于厚度人毛组成
Steve Cummer教授杜克大学电机工程使用简单插图解释元物概念
元资料如何工作
元物设计精髓在于通过人工构造结构单元制作材料,该单元有特定属性和功能结构单元称为人工原子和模块,可定制形状、大小和网状常量,同时可设计它们之间的交互作用
此外,偏差可战略定位以进一步加强期望属性纳米单元按理想几何排列后,元物折射索引可调整为正值、近零值或负值
负反射
最寻求元物属性中包括光反射负索引负反射基础方程 1861年苏格兰物理家James Maxwell开发
所有已知自然素材均呈正反射索引,这样介质交叉光线向传播方向略微弯曲举例说,标准条件空气指数最小性质,盘旋略高于1水指数为1.33钻石约2.4高素反射索引越扭曲原路光
在某些元材料中发生负反射,光线和其他辐射在进入结构时向后偏转
早在20世纪中叶就预测有负反射指数的物质的存在1976年苏维埃物理学家V.G.Veserago发布一篇文章 理论描述他们的属性 包括异常反射光词名
元材料Roger Walser于1999年建议使用此类物质
只有在二零零年代初期 研究人员才知道 如何制作各种材料 实现负反射第一批元物样本由薄线数组制成,仅用微波辐射工作
有了这些负折射材料后,电子制造、平面摄影、生物医学、隔热涂层、热传输、空间应用以及也许新的光计算和节能方法都有可能实现许多应用
元表层是什么
奇特元物功能通常需要多堆材料层,这不仅会导致大规模损耗,而且还在纳米制造方面带来许多挑战。多元材料由复杂金属线和其他结构组成,需要精密制造技术并难组装
异常光特效并不一定表示使用体积元物并用二维2D结构-即所谓的元表层或平面光学操作光
元表层为薄膜,由单个元素组成,这些元素最初开发是为了克服元材料面临的障碍
元表层操作原理基于偏差现象平面周期数组可视之为分片拉蒂,它把事件光分解成数射线射线数向取决于几何参数:事件角、波长和阵列周期
子波段单元结构转而决定事件光的能量如何分布于射线间负反折射线除一个外均需抑制,然后所有事件光都指向所需方向
迄今为止,大多数编译元表层
被动式意指无法调局后编译对比中
活动化元表层允许动态控制外部刺激下光学特性实用应用范围从自由空间光通信到全息显示器和深度感知
元材料允许我们做什么事前无法做到?
元素提供精确控制素材光路的潜力允许传统散装光学系统转换成极小形式因子元材料也可以定制支持新特性,而这些新特性目前用现有光硬件无法获取,导致全新光学系统
常规材料与光波或无线电波等电磁辐射交互作用或金反射光每天与这些对象相遇时,我们知道期望什么,因为这些素材通常没有什么特殊性。
举个例子,你期望金都闪亮黄黄当用纳米结构改变金面时, 光点触到金面时会改变行为方式, 并改变我们所见方式。纳米结构取金从传统素材转元料
虽然黄金化学特性没有任何改变,但我们现在可以视之为蓝红
可变频谱外电磁波或音频波作相同修改
设计师材料通过曲解电磁辐射路径工作 — — 不仅是可见光路,还有从无线电波到高能伽马射线路 — — 以新和不同方式实现。
元材料应用
光化伪装和隐形斗篷
元材料如何弯曲电磁辐射路径(即电磁辐射路径)。反射)驱动他们的奇特应用举例说 元素隐形斗篷会弯曲光波路径 环绕隐形对象 加速行进旁观者可以看到对象背后的东西,而对象本身则隐形化
光隐隐蔽装置是一种技术,通过引起事件光避免对象、环绕对象流并无干扰返回原轨迹而使对象看似隐形
如此精密光线操作可能实事求是 多亏最近元材料研究的进展迄今数家研究机构利用元物异常光学特性和变换光学技术,对隐形隐形隐形设备进行了理论和实验研究。
光学变换设计光学封闭区 事件光从每个方向都避免一个人隐藏在这个区域 外部旁观者似乎隐形
光线无法进入隐蔽区域,实战使用相当不方便实用隐蔽装置必须有单向透明性,使内部无法从外部看到人,但能从外部看到人。
改良太阳能电池
元材料可调整以更好地匹配太阳频谱,从而开发宽带广角元材料,增强太阳能电池光采集外角响应元材料可接受广角光以太阳能电池为例,这意味着光收集量更多,反射少或废光少
超伦斯
一种特殊兴趣元物应用
超级链设备提供光放大作用 水平比现有技术都大
自2000年提出概念以来,everens概念吸引了大量研究对成像和摄影平面学领域的兴趣(见Pendry原创论文 in
物理审查字母:
负偏折令全透镜)
超点允许查看远小于约200纳米对象,而光透镜带可见光则允许观察约200纳米对象传统光成像方法理论解析限值(偏差限值)是驱动高分辨率扫描探针开发的主要因素扫描电子显微镜可捕捉小得多的物体,下至单纳米范围,但代价昂贵、重重,并按大桌大小不易移植
超链子概念依赖生成面分片增强电子田恢复Fourier源对象分解近场组件,从而打破分片限值
自上粒子显示子折射成像能力以来,它们被设想为有希望开发潜在纳米粒子学技术超点平面图已经能够显示成本效益高并高吞纳米模式大规模生产所需的子偏差解析度和高对比性能
纳诺字母,
高清晰度子折射光平面)
因为这些金属素超薄平面吸引极大注意力,因为它们能克服传统散装、曲线和重光镜的限制,并准备从显微镜到摄像头、传感器和显示器等所有东西都实现革命化(更多读取: " )。
可打印纳米复合材料克服制造约束)
声学元物
声学元材料可用于多项应用大版本可用于引导或聚焦声音到特定位置并组成音频热点小得多的版本可用来聚焦高强度超声波 摧毁人体深部肿瘤元材料层可定制适应病人的身体并调时聚焦超声波最需要的地方
研究者编造元素透镜 以极精度集中无线电波卷积镜展示一种属性,称为负折曲电磁波-这里指无线电波-完全相反意义,正常卷积镜从中工作
隐形镜像轮话一般散射无线电波光波集中到单点精确度 — — 自然素材无法复制的属性。
重小于一磅的设备可用来集中射波精确生成高清晰度图像-图像目前使用大积重高价透镜制作轻量级设备也可以安装到卫星上 图像恒星和其他天体 空间
近似元物可操作波子现象,如雷达、声音和光,元物还能够控制环境声音和结构振荡,这些声音和结构振荡有相似波形
精美声场用于医学成像和理疗以及音频聚光器和超声波机能等多种消费品
负模或负密度素材通过局部共振可捕捉结构内声音或振荡声音波可转换为任何需要声音场
研究者还开发出元材料,以异常强健方式沿边缘传输声音并定位到角点
自然素材,
高阶地形声学状态受通用手势对称保护)独有属性可提高声波技术使用率,如声纳和超声波设备,使其对缺陷更具抗药性