Was sind die verschiedenen Anwendungen von Metamaterialien?

Metamaterialien sind im Labor hergestellte Materialien, die elektromagnetische Wellen wie keine andere in der Natur vorkommende Substanz biegen können. Ein Aspekt davon ist, dass solche Materialien Lichtstrahlen in die entgegengesetzte Richtung biegen können, eine Eigenschaft, die als negativer Brechungsindex bekannt ist. Da verschiedene Arten von Metamaterialien mithilfe von Computern erstellt werden, um die nanoskalige Struktur zu simulieren und aufzubauen, werden mehr Anwendungen von Metamaterialien realisiert. Mit ihnen können miniaturisierte Antennen und Kommunikationssysteme hergestellt werden. präzise Bildgebungssysteme in Fertigung, Verteidigung und Medizin; sowie in militärischen und Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden. Metamaterial Cloaking wurde auch theoretisiert, um das Licht um ein Objekt zu biegen, um es unsichtbar zu machen.

Das Konzept dieser Materialien basiert auf elektromagnetischen Wellen, die durch Wechselwirkungen mit Atomen und Molekülen in der Natur beeinflusst werden. Im submikroskopischen Maßstab können bestimmte Materialien so verändert werden, dass sie das Verhalten dieser Wellen beeinflussen, bis sie so wirken, wie es normalerweise nicht der Fall ist. Es wurden Objekte von der Größe eines Bruchteils einer Lichtwellenlänge erzeugt, die es ermöglichen, elektromagnetische Wellen in einer Vielzahl von Anwendungen zu manipulieren. Eine der Anwendungen von Metamaterialien ist ihre Verwendung in Antennen, die auf Leiterplatten geätzt werden können und sehr wenig Platz beanspruchen. Es sind daher Miniaturvorrichtungen möglich, die Antennen verwenden, sowie kleinere Schaltungen, die Breitbandfrequenzen und Phasenverschiebungen in der Elektronik steuern.

Metamaterialien können auch in Bildgebungssystemen verwendet werden, die mit Auflösungen arbeiten, die die Grenzen der Lichtwellenlängengröße überschreiten. Die Anwendungen von Metamaterialien in diesen Fällen reichen von der Erhöhung der Dichte kleiner elektronischer Komponenten über präzise medizinische Bildgebungssysteme bis hin zu Inspektionsgeräten für die Herstellung. Meta-Oberflächen aus Materialien, die elektromagnetische Wellen verändern, sind so organisiert, dass die kleinräumige Geometrie die Bewegung der Wellen beeinflusst. Die Substanzen, mit denen sie aufgebaut sind, haben weniger Einfluss.

Antennensysteme und Kommunikationselektronik in Satelliten können auch Metamaterialien enthalten. Die Nutzlastgröße wird minimiert, was den Start eines kleineren Satelliten erleichtert und die Entwicklung und den Bau des Satelliten kostengünstiger macht. Zu den Anwendungen von Metamaterialien gehören auch kleinere Sicherheitsausrüstungen und Geräte, die vom Militär verwendet werden. Wissenschaftler haben sogar Metamaterialien auf die Theorie des Tarnens oder Biegens von Licht angewendet, damit ein Objekt unsichtbar wird. Bislang war es den Ingenieuren 2011 möglich, eine Wellenlänge nach der anderen zu tarnen, sie haben jedoch Theorien über Anwendungen von Metamaterialien zur Verbesserung der Leistung von drahtlosen Geräten, Speichermedien und optischen Linsen aufgestellt.