Supernowoczesny dielektryk

Supernowoczesny dielektryk

Profesor elektrotechniki i informatyki na Uniwersytecie Duke- Willie Padilla wraz ze współpracownikami stworzył metamateriał na bazie krzemu, z domieszkami boru. Jest to pierwszy dielektryczny elektromagnetyczny metamateriał. Jego zdolność do absorbowania promieniowania elektromagnetycznego, bez wydzielania ciepła może mieć zastosowanie m.in. w oświetleniu i obrazowaniu.

Istota działania
Metamateriały są materiałami syntetycznymi, których własności nie występują w naturalnie powstających materiałach. By absorbować fale submilimetrowe, powierzchnia przypomina powierzchnię klocka Lego. Ich zakres mieści się akurat pomiędzy falami podczerwieni, a mikrofalami, ale metoda będzie odpowiednia także dla całego spektrum promieniowania elektromagnetycznego.

Fala elektromagnetyczna przemieszcza się po płaskiej powierzchni wykonanej z tysiąca maleńkich komórek elektrycznych. Jeśli każdą komórkę ustawi się tak, by sterować falą w odpowiedni sposób, można narzucić zachowanie się fali elektromagnetycznej. Zazwyczaj w tym celu używano materiałów przewodnikowych. Jednakże wiąże się z tym, zależność, że jeśli przewodność elektryczna rośnie, to wzrasta też przewodność cieplna.

Dzięki symulacjom komputerowym naukowcy oszacowali jak fale submilimetrowe będą oddziaływać z cylindrami różnej wysokości i szerokości. Następnie stworzyli prototyp zawierający setki zoptymalizowanych cylindrów ustawionych w rzędach na płaskiej powierzchni. Eksperyment pokazał, że nowa metapowierzchnia pochłonęła aż 97,5% energii.

Wydajność przede wszystkim
Wynalazek może mieć szereg różnych zastosowań. Przykładem jest urządzenie do obrazowania termicznego. Może ono pracować w zakresie promieniowania submilimetrowego. Jednakże ze względu na obecność metalu, precyzyjne obrazowanie wymagało wysiłku, ponieważ ciepło szybko się rozprzestrzenia w metalach.

Inne istotne zastosowanie to wydajne oświetlenie. Tradycyjne żarówki tworzą światło, ale kosztem znacznej emisji ciepła. Żeby wyprodukować światło muszą pracować w wysokich temperaturach. Są one znacznie wyższe niż temperatura topnienia większości metali.

Dzięki dielektrycznej metapowierzchni zaprojektowanej tak, by emitowała światło, nie ma strat ciepła. Jest to możliwe także przy matamateriałach z zawartością metali, ale żeby to zadziałało, wciąż potrzeba wysokich temperatur.

(AB)