Wetenschap
Team realiseert succesvolle massaproductie van metalenses ontworpen voor toepassing in het ultraviolette gebied
Ultraviolette stralen vinden uiteenlopende toepassingen in de medische en gezondheidszorg, en dienen voor doeleinden als desinfectie, sterilisatie en therapie. Ze worden ook gebruikt in de halfgeleiderindustrie voor het maken van microschakelingen en patronen.
Een fabricageproces van metalens, ontwikkeld door een team van onderzoekers aan de Pohang University of Science and Technology (POSTECH), maakt controle over de optische eigenschappen van deze UV-stralen mogelijk. Deze innovatie heeft veel aandacht gekregen in alle sectoren, waardoor de belangstelling voor mogelijke verbeteringen is gewekt.
Een samenwerkend onderzoeksteam, bestaande uit onder meer professor Junsuk Rho van de afdeling Werktuigbouwkunde en de afdeling Chemische Technologie, heeft een techniek bedacht voor de massaproductie van metalenses met een groot oppervlak, op maat gemaakt voor gebruik in het ultraviolette gebied. De bevindingen van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Materials Today .
Metalensen controleren de lichteigenschappen via patronen of structuren op nanometerschaal op lensoppervlakken. Met het vermogen om de dikte van conventionele lenzen met een factor 10.000 te verminderen, zijn ze veelbelovend op het gebied van medische hulpmiddelen die in het lichaam worden ingebracht en draagbare apparaten. Lopend actief onderzoek is gericht op het bereiken van massaproductie en commercialisering van metalenses.
Ultraviolet licht brengt echter uitdagingen met zich mee, omdat het door de meeste materialen wordt geabsorbeerd vanwege het hoge energieniveau. De kortere golflengte van ultraviolet licht vereist meer structuren voor hetzelfde gebied. Bovendien compliceert de beperkte beschikbaarheid van materialen die transparant zijn voor ultraviolet licht, in tegenstelling tot zichtbaar en infrarood licht, de productie van metalenses met een groot oppervlak. Bovendien hebben beperkingen op het gebied van de nanoverwerkingstechnologie ertoe geleid dat de meeste gerapporteerde metalen voor ultraviolet licht kleiner zijn dan 500 μm (micrometer).
Bij eerdere onderzoeksinspanningen werkte het team samen met het team van Dr. Gyoseon Jeon van het Research Institute of Industrial Science and Technology (RIST) om succesvolle massaproductie van metalenses voor zichtbaar licht te bereiken, zoals gepubliceerd in Nature Materials , en voor infrarood licht zoals onlangs gerapporteerd in Laser and Photonics Reviews .
De onderzoekers breidden hun proces uit door er een zirkoniumoxide (ZrO2) in op te nemen ) materiaal, transparant in het ultraviolette gebied, waardoor de massaproductie van een metalense van 1 centimeter (cm) op een wafer mogelijk is. Door gebruik te maken van een nano-imprintproces dat het patroon als een stempel graveert, heeft het team de snelle en goedkope productie van metalenses gerealiseerd die 20.000 keer groter zijn dan conventionele.
Professor Junsuk Rho, die het onderzoek leidde, zei:"Dit is het eerste exemplaar van de implementatie van een metalen met uitzonderlijke lichtmodulatiemogelijkheden over een groot gebied in het ultraviolette gebied. We streven ernaar de technologie voortdurend te verbeteren voor potentiële toepassingen in industriële sectoren zoals halfgeleiderinspectieapparatuur door verdere onderzoeksinspanningen."