Uma equipe de engenheiros da Tufts University desenvolveu uma série de metamateriais impressos em 3-D com propriedades óticas ou de micro-ondas exclusivas que vão além do que é possível usar materiais óticos ou eletrônicos convencionais. Os métodos de fabricação desenvolvidos pelos pesquisadores demonstram o potencial, presente e futuro, de impressão 3-D para expandir a gama de designs geométricos e compostos de materiais que levam a dispositivos com novas propriedades ópticas. Em um caso, os pesquisadores se inspiraram no olho composto de uma mariposa para criar um dispositivo hemisférico que pode absorver sinais eletromagnéticos de qualquer direção em comprimentos de onda selecionados. A pesquisa foi publicada hoje na revista. Microsistemas e Nanoengenharia , publicado pela Springer Nature.

Metamateriais estendem as capacidades de materiais convencionais em dispositivos, fazendo uso de recursos geométricos dispostos em padrões repetidos em escalas menores do que os comprimentos de onda de energia sendo detectados ou influenciados. Novos desenvolvimentos na tecnologia de impressão 3-D estão tornando possível criar muito mais formas e padrões de metamateriais, e em escalas cada vez menores. No estudo, pesquisadores do Nano Lab em Tufts descrevem uma abordagem de fabricação híbrida usando impressão 3-D, revestimento de metal e corrosão para criar metamateriais com geometrias complexas e novas funcionalidades para comprimentos de onda na faixa de microondas.

Por exemplo, eles criaram uma série de pequenas estruturas em forma de cogumelo, cada um segurando um pequeno ressonador de metal padronizado no topo de uma haste. Este arranjo particular permite que microondas de frequências específicas sejam absorvidas, dependendo da geometria escolhida dos "cogumelos" e seus espaçamentos. O uso de tais metamateriais pode ser valioso em aplicações como sensores em diagnósticos médicos e como antenas em telecomunicações ou detectores em aplicações de imagem.

Outros dispositivos desenvolvidos pelos autores incluem refletores parabólicos que absorvem e transmitem seletivamente certas frequências. Esses conceitos podem simplificar os dispositivos ópticos, combinando as funções de reflexão e filtragem em uma unidade. "A capacidade de consolidar funções usando metamateriais pode ser incrivelmente útil, "disse Sameer Sonkusale, professor de engenharia elétrica e da computação na Escola de Engenharia da Universidade de Tufts, que chefia o Nano Lab em Tufts e é o autor correspondente do estudo. "É possível que possamos usar esses materiais para reduzir o tamanho dos espectrômetros e outros dispositivos de medição ótica para que possam ser projetados para estudo de campo portátil."

Os produtos da combinação de padronização ótica / eletrônica com a fabricação 3-D do substrato subjacente são referidos pelos autores como metamateriais incorporados com ótica geométrica, ou MEGOs. Outras formas, tamanhos, e orientações de impressão 3D padronizada podem ser concebidas para criar MEGOs que absorvem, realçar, refletir ou dobrar as ondas de maneiras que seriam difíceis de alcançar com os métodos de fabricação convencionais.

Existem várias tecnologias disponíveis para impressão 3-D, e o estudo atual utiliza estereolitografia, que concentra a luz para polimerizar resinas fotocuráveis ​​nas formas desejadas. Outras tecnologias de impressão 3-D, como a polimerização de dois fótons, pode fornecer resolução de impressão de até 200 nanômetros, que permite a fabricação de metamateriais ainda mais finos que podem detectar e manipular sinais eletromagnéticos de comprimentos de onda ainda menores, potencialmente incluindo luz visível.

"O potencial total da impressão 3D para MEGOs ainda não foi realizado, "disse Aydin Sadeqi, estudante de pós-graduação no laboratório de Sankusale na Escola de Engenharia da Tufts University e principal autor do estudo. "Podemos fazer muito mais com a tecnologia atual, e um vasto potencial à medida que a impressão 3D inevitavelmente evolui. "