Wat zijn de verschillende toepassingen van metamaterialen?
Metamaterialen zijn in het laboratorium vervaardigde materialen die elektromagnetische golven kunnen buigen in tegenstelling tot andere stoffen die in de natuur worden aangetroffen. Een aspect ervan is dat dergelijke materialen lichtstralen in de tegenovergestelde richting kunnen buigen, een eigenschap die bekend staat als negatieve brekingsindex. Naarmate verschillende soorten metamaterialen worden gemaakt met behulp van computers om de nanoschaalstructuur te simuleren en op te bouwen, worden meer toepassingen van metamaterialen gerealiseerd. Ze kunnen worden gebruikt om geminiaturiseerde antennes en communicatiesystemen te maken; nauwkeurige beeldvormingssystemen in productie, defensie en medicijnen; evenals voor gebruik in militaire en ruimtetoepassingen. Cloaking van metamateriaal is ook in theorie om het licht rond een object te buigen om het onzichtbaar te maken.
Het concept van deze materialen is gebaseerd op elektromagnetische golven die worden beïnvloed door interacties met atomen en moleculen in de natuur. Op sub-microscopische schaal kunnen specifieke materialen worden gewijzigd om het gedrag van deze golven te beïnvloeden totdat ze zich gedragen op een manier die ze normaal niet doen. Objecten van een fractie van de grootte van een lichtgolflengte zijn gemaakt, waardoor het mogelijk is om elektromagnetische golven in verschillende toepassingen te manipuleren. Een van de toepassingen van metamaterialen is hun gebruik in antennes die op printplaten kunnen worden geëtst en heel weinig ruimte innemen. Miniatuurapparaten die antennes gebruiken zijn daarom mogelijk, evenals kleinere circuits die breedbandfrequenties en faseverschuiving in elektronica regelen.
Metamaterialen kunnen ook worden gebruikt in beeldvormingssystemen die werken met resoluties die groter zijn dan de limieten van de golflengte van het licht. De toepassingen van metamaterialen in deze gevallen variëren van het verhogen van de dichtheid van kleine elektronische componenten tot nauwkeurige medische beeldvormingssystemen en inspectie-apparaten voor productie. Meta-oppervlakken gemaakt van elektromagnetische golf veranderende materialen zijn zo georganiseerd dat de kleinschalige geometrie beïnvloedt hoe de golven bewegen. De stoffen waarmee ze zijn gemaakt, hebben niet zoveel impact.
Antennesystemen en communicatie-elektronica in satellieten kunnen ook metamaterialen bevatten. De grootte van de nuttige lading wordt geminimaliseerd, waardoor het eenvoudiger wordt om een kleinere satelliet te lanceren, en goedkoper om deze te ontwerpen en te bouwen. Toepassingen van metamaterialen omvatten ook kleinere beveiligingsapparatuur en apparaten die door het leger worden gebruikt. Wetenschappers hebben zelfs metamaterialen toegepast op de theorie van cloaking, of licht buigen, zodat een object onzichtbaar wordt. Tot nu toe hebben ingenieurs met ingang van 2011 één golflengte tegelijk kunnen verbergen, maar hebben ze theoretiseren over toepassingen van metamaterialen voor het verbeteren van de prestaties van draadloze apparaten, geheugenopslag en optische lenzen.