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国际研发新动向:能够隐形或反射的复合材料诞生了!

   日期:2020-05-22     来源:复材网    浏览:187    
核心提示:俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学,是俄罗斯最为古老的高校之一,建立于1900年,复合材料研究方面颇有成就。该大学研究
 俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学,是俄罗斯最为古老的高校之一,建立于1900年,复合材料研究方面颇有成就。
 
该大学研究发现,现代光学设备需要不断调整其光交互设置。为此,存在各种机械装置,可移动透镜,旋转反射器并移动发射器。
 
这是一个由圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学和埃克塞特大学的工作人员组成的国际研究小组已经提出了一种新的超材料,该材料能够在没有任何机械输入的情况下改变其光学特性。
 
这种发展可能会导致复杂光学设备可靠性的显着提高,同时使它们的制造成本更低。这项研究刊登在Optica杂志2020年5月号的封面上。
 
在过去的几十年里,物理学和材料科学的飞速发展为人类带来了广泛的材料选择。现在,那些设计复杂设备的人已经不受传统材料(例如金属,木材,玻璃或矿物)的局限性的束缚。在这方面,在ITMO大学等地研究的所谓超材料为人们提供了令人难以置信的机会。
 
由于其复杂的结构,它们相对独立于其组件的属性。这样的结构可以是体积的或平坦的-在后一种情况下,它们被称为超表面。
 
ITMO物理与工程系的高级研究员Ivan Sinev说:“超表面可以使我们在光的操纵中获得许多有趣的效果。”“但是这些超表面存在一个问题:在我们设计结构的那一刻就决定了它们如何与光相互作用。在创建用于实际用途的设备时,我们希望不仅能够在一开始就控制这些属性,而且在使用过程中也能如此。”
 
在寻找用于自适应光学设备的材料时,来自ITMO大学的研究人员在处理硅超表面方面具有丰富经验,他们与来自英国埃克塞特大学的同事携手合作,在这些材料中,例如,通常用于DVD中的碲化锗锑(GeSbTe)化合物。
 
物理与工程学系的博士生Pavel Trofimov说:“我们已经进行了计算,以查看这种新型复合材料的外观。“我们包含嵌入在两层硅之间的薄层中的GeSbTe。这是一种夹层结构:首先在空白基板上涂硅,然后放一层相变材料,然后再涂一些硅。”
 
然后,使用电子束光刻方法,科学家将层状结构转换为超表面:一系列显微圆盘,然后在实验室测试了其操纵光的能力。正如研究人员所期望的那样,将两种材料组合成复杂的周期性结构会产生重要影响:在整个实验过程中,可以改变所得表面的透明度。原因是近红外区域中的硅片具有两个光学共振,从而使其能够强烈反射定向到其表面的IR光束。 GeSbTe层可以“关闭”两个共振之一,从而使磁盘对近红外区域的光几乎透明。
 
相变材料具有两种状态:其中分子以有序结构定位的结晶状态和非晶态。如果位于超材料中心的GeSbTe层处于结晶状态,则第二个共振将消失;反之,则不会。如果它处于非晶态,则磁盘将继续反射IR光束。
 
“为了在两个超表面状态之间切换,我们使用了足够强大的脉冲激光,” Pavel Trofimov解释说。“通过将激光聚焦在磁盘上,我们可以相对快速地执行切换。短时间的激光脉冲将GeSbTe层加热到接近熔点的温度,然后它迅速冷却并变成非晶态。一连串的短脉冲,它冷却得更慢,沉淀成结晶态。”
 
这种新的超表面的特性可以用于各种应用。这首先包括创建激光雷达-一种通过发射红外脉冲并接收反射光束来扫描空间的设备。它们的创建原理也可以作为特殊超薄摄影镜头(例如用于手机相机的摄影镜头)的生产基础。
 
 
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