Kirigami metamaterials for tunable optical properties

用于可调光学特性的 Kirigami 超材料

基本信息

批准号：
21H01274
负责人：
菅哲朗
金额：
$ 11.15万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01274/
关键词：
メタマテリアル切り紙 MEMS

项目摘要

本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現することを目的としている。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現すための基礎技術を確立することを目的として実施する。2021年度は本年度はポリイミドフィルムなどを用いた、レーザー加工によるラージスケールでのユニット構造自由度拡張の検証を行うこと、そして、基板への切り紙加工によりAuxetic構造など、引っ張りに対して自由度高く新調する構造の試作を実施した。2022年度は、2021年度で得られた知見をもとに試作したスパイラル型の面外変形形状をもとに電波測定を行い、立体変形形状が一様な変形を示す構造が高い円偏光二色性を示すこと実証した。また、この発想をベースに、MEMS微細構造による大変形構造の可能性を探索した。具体的には、回折格子を備えた薄型Top層を備えたMEMS構造にナノサイズの切り紙構造を作製することで、外力により格子ピッチを大幅に変形可能とする構造の作製である。現時点で製作途上であるが、200nm程度のビーム幅の切り紙蛇腹構造を試作し、ピッチ変形量100%可変な構造の実証を進めている。さらに、切り紙構造の発想をセンサ試作に展開することで、立体型の3軸タクタイルセンサの実現を進めている。

这项研究旨在实现MEMS光学超材料，该光学超材料可以通过使用造纸结构来显着调节光学特性。在光学超材料中，通过柔性底物的张力，使用三维形状的变化和谐振器的布置间隔对动态特征调制方法进行了研究，但是由于限制限制，谐振器的布置间隔尚未获得实用设备所需的调节功能。因此，本发明旨在建立基本技术，以融合切纸结构，该技术可以从二维平面创建三维结构，以消除结构性约束，并实现具有较高自由度的光学超材料。在2021财年，今年，我们使用使用聚酰亚胺膜的激光加工验证了单位结构自由的扩展，并进行了新结构的原型，这些原型在拉动方面具有很高的灵活性，例如通过将纸切成板上的辅助结构。在2022年，根据2021年获得的知识，基于原型螺旋型不平面变形形状进行了无线电波测量，并证明该结构在三维变形形状中表现出均匀的变形，表现出高圆形二色性。基于这个想法，我们还探讨了由于MEMS微结构而引起的大变形结构的可能性。具体而言，通过在带有衍射光栅的薄顶层的MEMS结构中制造纳米大小的切割结构，外力可以显着变形晶格。目前正在生产中，我们创建了一个原型的波纹管结构，波束宽度约为200 nm，并且正在努力演示其螺距变形为100％的结构。此外，通过将切割结构切割为传感器原型的概念，我们正在努力实现三维三轴触觉传感器。