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Mar 18, 2023

Eine automatische Zeichenmaschine zur Herstellung von Papiermetamaterialien

Als Metamaterialien werden synthetisch hergestellte Verbundmaterialien bezeichnet, deren

Als Metamaterialien werden synthetisch hergestellte Verbundwerkstoffe bezeichnet, deren Eigenschaften nicht durch chemische Bestandteile, sondern durch strukturierte Mikrostrukturen bestimmt werden. Mit anderen Worten handelt es sich um technische Materialien mit Eigenschaften, die in der Natur nicht vorkommen. Forscher der Universität Nanjing haben sich diese Eigenschaften zunutze gemacht, indem sie eine automatische Zeichenmaschine entwickelt haben, die Kugelschreiber und Bleistifte verwendet, um Metamaterialien auf Papier zu übertragen.

In einem neuen Artikel dieses Teams wird ihre neuartige Technik beschrieben, bei der ein Kugelschreiber mit leitfähiger Tinte zum Zeichnen von Leitern und Druckbleistifte zum Zeichnen von Widerständen und Widerstandsfilmen verwendet werden. Diese wurden in eine computergesteuerte Ziehmaschine integriert, die den Abscheidungsprozess automatisierter und präziser macht. „Obwohl papierbasierte Metamaterialien zuvor mithilfe der Tintenstrahldrucktechnologie hergestellt wurden, ist unsere Zeichentechnik kostengünstiger, einfacher und flexibler“, erklärt Forschungsteamleiter Junming Zhao. „Unsere Methode könnte für die Herstellung rekonfigurierbarer Antennen und Metalenses sowie von Metamaterialgeräten nützlich sein, die einfallende elektromagnetische Energie von Mobiltelefonen oder anderen Quellen absorbieren.“

Die Maschine ist mit drei Schrittmotoren ausgestattet, von denen zwei zum Bewegen des Kugelschreibers oder Bleistifts in einer horizontalen Ebene und der dritte zum Heben oder Senken des Schreibgeräts in einer vertikalen Ebene dienen. Ein Computer regelt die Eigenschaften der Zeichenmaschine, einschließlich der Bewegungsgeschwindigkeit, ähnlich wie eine CNC-Maschine. Mit diesen leitfähigen Tintenstiften und Graphitstiften erstellten die Forscher mithilfe ihrer einzigartigen Zeichentechnik drei Materialien auf Papierbasis, darunter einen Polarisationskonverter, einen Absorber und eine konforme Kodierungsmetaoberfläche.

Sie zeigten, dass der Polarisationskonverter die lineare Polarisation zwischen 3,1 und 6,6 GHz um 90° drehen konnte, mit einem Umwandlungswirkungsgrad von über 90 %. Der Absorber wog nur 58,3 g und hatte ein Absorptionsvermögen von 90 % zwischen 2,1 GHz und 10,5 GHz, während die Metaoberfläche zur Reduzierung des Radarquerschnitts entwickelt wurde, einer Technik zum Verbergen des Radarsignals in Schiffen und Flugzeugen, die vom Militär genutzt werden.