Yazar: Emre Seymenler - Tarih: 26 Ocak 2023 12:49 - Kategori: Genel

---

Her icat bir ihtiyaçtan doğar ilkesi gereği, bilim kurgu filmlerinde gördüğümüz elektromanyetik gizlenme gibi çeşitli olaylar için askeri teknolojiler ve bilim adamları harıl harıl çalışıyorlar ve bu çalışma sonucunda metamalzeme adını verdikleri malzemeleri üretmeyi başardılar... Birazdan oldukça teknik terimler içeren ama bir o kadar da güzel bir yazı ile sizleri başbaşa bırakıyoruz...

Metamalzeme Nedir?

Metamalzemeler, negatif kırılma indisi veya elektromanyetik gizlenme gibi doğal olarak oluşmayan elektromanyetik özellikler elde edebilen yapay malzemelerdir. Doğru tasarlandığında, metamalzemeler ses dalgalarını, elektromanyetik radyasyonu, ışığı ve hatta depremleri yığın malzemelerin yapamayacağı şekilde etkileyebilir. Metamalzemelerin teorik özellikleri ilk olarak 1960'larda Victor Veselago tarafından tanımlanmış ve Veselago negatif indeksli malzemelerin tamamen teorik (o zamanki) konseptine odaklanmıştır. Veselago'nun konsepti yüzyılın başında gerçek oldu.

Bir metamateryal tipik olarak çok sayıda birim hücreden, yani her biri etkileşime girdiği dalga boyundan çok daha küçük bir boyuta sahip olan çok sayıda bireysel elemandan (bazen "meta atomlar" olarak adlandırılır) oluşur. Bu birim hücreler mikroskobik olarak metaller ve plastikler gibi dielektrikler gibi geleneksel malzemelerden inşa edilir. Bununla birlikte, tam şekilleri, geometrileri, boyutları, yönelimleri ve düzenlemeleri, rezonanslar veya makroskopik geçirgenlik ve geçirgenlik için olağandışı değerler oluşturmak gibi geleneksel olmayan bir şekilde ışığı makroskopik olarak etkileyebilir.

Benzersiz özelliklerini elde etmek için metamalzemeler, etkiledikleri enerjinin dalga boylarından daha küçük ölçeklerde tekrar eden desenlerde tasarlanır. Özellikleri, temel malzemelerinin özelliklerinden değil, benzersiz bir şekilde tasarlanmış yapılarından kaynaklanır.

Metamalzemelerdeki yüzey yapılarının şekli, geometrisi, boyutu, yönelimi ve düzeni onlara benzersiz özelliklerini veren şeydir. Dikkatlice tasarlanan bu fiziksel özellikler, metamalzemelerin elektromanyetik dalgaları, örneğin onları bloke ederek, emerek, güçlendirerek veya bükerek manipüle etmesini sağlar.

Metamalzemelerle ilgili araştırmaların ana odağı, belirli dalga boyları için kırılma indisi negatif olan malzemeler üzerinde yoğunlaşmıştır. Bunlar negatif indeksli metamalzemeler olarak adlandırılır.

Metamalzeme Uygulama Örnekleri Nelerdir

Metamalzemeler için potansiyel uygulamalar çok çeşitli ve umut vericidir. Optik filtreleme, tıbbi cihazlar, uzaktan havacılık operasyonları, sensör dedektörleri, güneş enerjisi yönetimi, kalabalık kontrolü, radomlar, anten lensleri ve hatta depreme karşı koruma için aday olarak önerilmişlerdir.

Metamalzemelerden yapılmış mercekler, geleneksel optik merceklerin daha fazla büyütmesini engelleyen kırınım sınırının altında görüntülemeyi bile sağlayabilir. Gradyan indeksli metamalzemeler bu optik uygulamalara dayalı bir tür "görünmezlik" bile sağlayabilir.

Metamalzeme araştırmaları doğası gereği disiplinler arasıdır. Elektrik mühendisleri, elektromanyetik araştırmacıları, klasik optik bilimcileri, katı hal fizikçileri, mikrodalga mühendisleri, anten mühendisleri, optoelektronik geliştiricileri, malzeme bilimcileri, nanoteknoloji araştırmacıları ve yarı iletken mühendisleri dünya çapında metamalzemelerin geliştirilmesi için birlikte çalışmaktadır.

Farklı Dalga Boyları için Mühendislik Metamalzemeleri

Metamalzemeler, üzerinde çalışmak üzere tasarlandıkları farklı dalga boylarına göre sınıflandırılabilir. Farklı dalga boyu boyutları farklı enerji türlerine karşılık gelir, ancak metamalzemelerin çalışma prensibi aynıdır.

Elektromanyetik Metamalzemeler
Elektromanyetik metamalzemeler, elektromanyetik radyasyonun dalga boyundan daha küçük olan yüzey özellikleriyle etkileşime giren elektromanyetik dalgaları etkiler.

Elektromanyetik radyasyonun en geniş dalga boyu mikrodalgalardır ve bunlarla çalışmak için tasarlanan metamalzemeler milimetreye varan özelliklere sahiptir. Mikrodalgaları manipüle etmek için uygun endüktif ve kapasitif özelliklere sahip elektriksel olarak iletken elemanların (örneğin tel halkaları) dizileri yapılabilir.

Fotonik radyasyon için metamalzemelerin yapısı nanometre ölçeğinde düzenlenmelidir. Kırınım ızgaraları, optik kaplamalar ve dielektrik aynalar gibi frekans seçici yüzeylerin yanı sıra fotonik kristaller de fotonik metamalzemelerle benzerlikler gösterir. Ancak heterojenlikleri nedeniyle genellikle klasik metamalzemelerden farklı kabul edilirler.

Plazmonik metamalzemeler, metallerin yüzeyinde birlikte salınan elektrik yükü parselleri olan yüzey plazmonlarını kullanan geliştirilmiştir.

Elektromanyetik metamalzemeler, şu anda tanımlanmış en fazla uygulamaya sahip oldukları için üzerinde çalışılan ve geliştirilen ana türdür.

Elastik Metamalzemeler
Elastik metamalzemeler, farklı parametreler kullanarak elektromanyetik olmayan malzemelerde negatif bir kırılma indisi yaratır. Elastik metamalzemeler, sınırlı frekans aralıklarında sıvı veya katı gibi davranabilir ve ses ve sismik enerji yönetiminde yeni uygulamalara olanak sağlayabilir.

Akustik Metamalzemeler
Tıpkı elektromanyetik dalgalar gibi, sonik dalgalar da negatif kırılma sergileyebilir. Bu nedenle, sesin gaz, sıvı veya katı malzemelerden geçişini kontrol etmek, yönlendirmek ve manipüle etmek için akustik metamalzemeler geliştirilmiştir.

Elektromanyetik metamalzemelerdeki geçirgenlik ve geçirgenliğe benzer şekilde, kütle modülü ve kütle yoğunluğu ses dalgalarını kontrol etmek için manipüle edilebilir. Bu, metamalzemelerin doğru sonik frekanslar tarafından uyarılan bir rezonans sistemi oluşturmasını sağlar.

Yapısal Metamalzemeler
Projeksiyon mikro stereolitografi, yapısal metamalzemeler üretmek için kafes kirişler ve kirişler gibi mikro kafesler oluşturmak için kullanılır. Bu teknik, aynı düşük yoğunluğa sahip geleneksel aerojelden dört kat daha sert yeni malzemelerin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Ağırlıklarının 160.000 katı ve hatta daha yüksek yüklere dayanabilirler.

Doğrusal Olmayan Metamalzemeler
Doğrusal olmayan ortamlar, gelen dalgalar yön değiştirdikçe özellikleri değişen malzemeler oluşturmak için metamalzemelerin imalatında kullanılabilir. Bu gibi doğrusal olmayan ortamlar, doğrusal olmayan optiklerin geliştirilmesinde çok önemlidir.

Bir ortamın metamalzeme etkin dielektrik geçirgenliği yeterince küçükse (epsilon-sıfıra yakın ortam olarak bilinir), dikkate değer doğrusal olmayan optik özellikler sergileyebilirler. Malzemelerin negatif kırılma indisinde yapılan değişiklikler, doğrusal olmayan optik yapılar için faz eşleştirme koşullarını uyarlamak için de kullanılabilir.

Metamalzemelerin Uygulamaları

Metamalzemelerin sentezlenmesi için endüstriyel teknikler henüz standartlaştırılmamış olsa da, bazı potansiyel uygulamaları halihazırda gerçekleştirilmiştir. Örneğin, metamalzeme antenler halihazırda ticari olarak mevcuttur.

Metamalzeme antenler alternatif sistemlere göre daha iyi performans göstermektedir. Bir antende metamalzeme kullanmak, antenin biçim faktörünü azaltmaya, yönlülüğünü artırmaya ve ayarlanabilir frekansını genişletmeye yardımcı olur.

Metamalzeme kullanan iki veya üç boyutlu optik cihazlar olan süper lenslerin kırınım sınırını aştığı ve teorik olarak görüntüleme uygulamalarında sonsuz çözünürlüğe ulaşabileceği gösterilmiştir.

Ayrıca teorik alanda, bazı araştırmacılar metamalzemelerin bilim kurgu benzeri bir "gizleme" veya "görünmezlik" cihazı oluşturmak için kullanılabileceğini göstermiştir, ancak pratik bir gösteri kaydedilmemiştir.

Metamalzeme Örnekleri Nelerdir - Nerelerde Kullanılır

Uzay - Savunma Sanayisi

Buz Çözme - Buğu Çözme

Buzlanma ve buğulanmayı önlemek için bir düğmeye dokunarak tam netlik sağlamayı sağlayan şeffaf, hafif, esnek iki boyutlu bir tel ızgara sistemine sahip film tabakası ile gözlükler, camlar, siperlikler için en iyi görmeyi sağlamaktadır. 

Elektromanyetik Parazit Koruma (EMI) 

Cihazlara bozabilecek, hatta insan sağlığını etkileyecek elektromanyetik sinyallerden korunma sağlayabilir. Gizli sinyal bozucu ve koruma görevlerinde kullanılmaktadır.

Pilotlar İçin Lazer Parlama Koruması

Haberlerde denk gelmişsinizdir, uçak ve helikopterlere yeşil lazer tutan kişiler yüzünden pilotların ne kadar zorlandıklarını. Metamalzeme uygulamalarından biriside bu konuda pilotlara lazer parlama korumasını sağlamasıdır. Şirketler bu tür durumlar için holografik filtre kullanmaktadırlar. 

Güvenlik Kameraları

Güvenlik kameralarına da yine aynı pilotlar için lazer ışığı parlama koruması uygulanabilmektedir. 

Otomotiv Sektörü için Metamalzeme Kullanımı;

• Buğu Giderme
• Buz Çözme
• Yansıma Önleyici
• Şeffaf Antenler

Bankacılık ve Resmi Kartlar

Banknotların güvenliği, resmi kartların güvenliği için nanoteknoloji kullanılarak, özel renkler, üç boyutlu derinlik ve birkaç özellik ile kalpazanlığa son vermektedir.

Bunlara ek olarak şeffaf antenler, arttırılmış gerçeklik uygulamaları gibi yerlerde metamalzemeler kullanılmaktadır. 

Kaynaklar: 

https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=21097

https://metamaterial.com/technologies/metamaterials-and-functional-surfaces/