5 metamaterjalide rakendust, näiteks nähtamatuse klapid
Kas teadsite, et teadlased ja uurijad uurivad materjali varjamise ja nähtamatuse tehnikaid, manipuleerides valguslainetega, ja et võib-olla teame lähitulevikus tooteid, mis võivad palja silmaga kaduda?
Metamaterjalide väli pakub välja viise, kuidas moonutada elektromagnetiliste lainete looduslikke ja füüsikalisi omadusi, et panna need näiteks objektist valgust peegeldamata ega peegeldama.
Selle toimimise mõistmiseks mõelge kangale, mis koosneb kihtidest, mida löövad valguskiired. Sellele materjalile jõudvad lained läbivad niidid, kuid mitte läbi kanga tühikute ja õõnsuste. Kui teete sellest materjalist augu ja asetate sellesse ruumi eseme, siis valgust mööda auku ja selle teed tagasi, ignoreerides auku ja eraldatud eset.
See on metamaterjalide käitamise mõte. Sünteetilisest ja kunstlikust tootest on neil omadused, mis on võimelised elektromagnetilisi laineid painutama selliselt, et näiteks valgusel on võimalik objektist mööda hiilida ja selle taga olev tee tagasi liikuda, ilma et protsessi käigus varje peegeldaks või heidaks.
Metamaterjalid ja lainepikkused
Elektromagnetiliste lainetega manipuleerimiseks peab kasutatud metamaterjal olema väiksem kui kõnealune lainepikkus. Kuna need lained on tavaliselt juba nanomeetri suurused, peavad teadlased looma piisavalt väikesed metamaterjalid, et neid laineid moonutada, pannes nad objektist kõrvale hoidma.
Sel põhjusel sõltub metamaterjalide rakendamine otseselt nanotehnoloogia arengust ja võimalusest valmistada nanostruktuure lühema lainega materjalidega. Näiteks lainete juhtimiseks nähtava valguse vahemikus peavad metamaterjalid jõudma 50 nanomeetri struktuurini.
Selle ala kõige arenenumad katsed on andnud 100 nm materjalid, mis ei anna veel objektide täielikku nähtamatust, kuid suudavad juba mõnda värvi murda. See näitab, et me pole kaugel sellise nähtamatuse küüsist nagu Harry Potteri oma - ja selleks pole vaja võlujõudu.
Muud metamaterjalide rakendused
Ehkki nähtamatus on esimene asi, millele me metamaterjalide osas mõtleme, teenib nanotehnoloogia ka teiste elektromagnetiliste lainete, näiteks raadio ja ultraheli, manipuleerimist. Mitmetes sektorites, näiteks sõjaväes, telekommunikatsioonis ja isegi meditsiinis, võib metamaterjalide jaoks olla erinevaid rakendusi, tuues tegevusele erinevat kasu.
Allpool on toodud mõned uuritavad võimalused metamaterjalide kasutamiseks ja elektromagnetiliste lainete manipuleerimiseks:
1. Telekommunikatsioon
Mobiilside ja traadita Interneti signaalid võivad olla parema leviala ja jõudlusega, kaotamata sagedust objekte takistades. Metamaterjalid võivad teenindada ka uut kiiret kiudoptilist võrku.
2. Meditsiin
Ultraheliuuringutest võib kasu saada metamaterjalitehnoloogiast, et muuta need lained optilisteks signaalideks, võimaldades teil keha näha suurema täpsuse ja detailiga.
3. Arvutustehnika
Nanostruktuurides olevad kiibid võivad olla väikesed ja nende andmetöötluse kiirus on endiselt suurem.
4. Energia tootmine
Metamaterjalidega loodud konstruktsioonid võiksid aidata kaasa päikesevalguse hõivamisele ja päikeseenergia tootmisele väiksemates paneelides kui praegu.
5. Kaamerad ja valvesüsteem
Objektiivi ja liikuvate osadeta mikrolainetega kokkusurutud kaamerad võivad asendada näiteks lennujaama turvaväravad. Digitaalkaameratele võiks metamaterjalidest üldiselt kasu olla enneolematul viisil.
