Что такое метаматериалы и как они меняют мир технологий. Какими уникальными свойствами обладают эти искусственно созданные материалы. Как метаматериалы применяются в различных отраслях промышленности. Почему за метаматериалами будущее инновационных разработок.
Что такое метаматериалы и в чем их уникальность
Метаматериалы представляют собой искусственно созданные материалы с уникальными свойствами, которые не встречаются в природе. Их особенность заключается в специально разработанной структуре на микро- и наноуровне, которая позволяет управлять взаимодействием материала с электромагнитным излучением, включая свет.
Ключевые особенности метаматериалов:
- Состоят из повторяющихся структурных элементов — метаатомов
- Размер метаатомов сопоставим с длиной волны излучения
- Свойства определяются структурой, а не химическим составом
- Позволяют получать эффекты, невозможные для обычных материалов
Благодаря этим особенностям метаматериалы способны управлять светом и другими видами излучения принципиально новыми способами. Это открывает огромные возможности для создания инновационных устройств и технологий.
Основные типы и свойства метаматериалов
Существует несколько основных типов метаматериалов, каждый из которых обладает уникальными свойствами:
Фотонные кристаллы
Это материалы с периодической структурой, способные управлять потоками света. Они могут создавать фотонные запрещенные зоны, в которых распространение света определенных длин волн подавляется. Как это применяется на практике? Фотонные кристаллы используются для создания высокоэффективных светодиодов, лазеров и оптических волноводов.
Метаповерхности
Представляют собой двумерные структуры толщиной в несколько нанометров. Они способны управлять фазой, амплитудой и поляризацией света. Где это находит применение? Метаповерхности позволяют создавать сверхтонкие оптические элементы — линзы, поляризаторы, волновые пластины.
Гиперболические метаматериалы
Обладают необычной оптической анизотропией — в одних направлениях ведут себя как металл, в других — как диэлектрик. Какие возможности это открывает? Гиперболические метаматериалы перспективны для создания сверхчувствительных сенсоров и систем субволновой визуализации.
Революционные возможности метаматериалов в различных областях
Уникальные свойства метаматериалов открывают принципиально новые возможности во многих областях науки и техники:
Оптика и фотоника
- Сверхтонкие плоские линзы с рекордным разрешением
- Оптические изоляторы и невзаимные элементы
- Управление световыми потоками на наномасштабах
Телекоммуникации
- Компактные антенны с улучшенными характеристиками
- Устройства для обработки сигналов терагерцового диапазона
- Повышение пропускной способности оптоволоконных линий связи
Энергетика
- Высокоэффективные солнечные элементы
- Селективные поглотители и излучатели для термофотовольтаики
- Метаповерхности для беспроводной передачи энергии
Метаматериалы позволяют создавать устройства с характеристиками, недостижимыми при использовании обычных материалов. Это открывает путь к революционным технологиям в различных отраслях.
Применение метаматериалов в современных технологиях
Несмотря на то, что метаматериалы — относительно новая область исследований, они уже находят применение в ряде передовых технологий:
Медицина и биотехнологии
Как метаматериалы помогают в диагностике и лечении заболеваний? Они используются для создания высокочувствительных биосенсоров, способных детектировать отдельные молекулы. Метаматериалы также позволяют повысить разрешение и контрастность медицинских изображений, например, в МРТ-сканерах.
Телекоммуникации и связь
Какую роль играют метаматериалы в развитии систем связи? Они применяются для разработки компактных антенн с улучшенными характеристиками для мобильной связи 5G. Метаматериалы также используются для создания эффективных поглотителей электромагнитных волн, снижающих уровень помех.
Военные технологии
Где находят применение метаматериалы в оборонной промышленности? Они используются для создания радиопоглощающих покрытий, снижающих заметность военной техники. Метаматериалы также перспективны для разработки сверхлегкой защиты от ударных волн и пуль.
Перспективы развития и будущие применения метаматериалов
Исследования в области метаматериалов активно продолжаются, открывая новые горизонты их применения:
Невидимость и маскировка
Возможно ли создание настоящего плаща-невидимки? Метаматериалы позволяют управлять потоками света таким образом, чтобы огибать объект, делая его невидимым в определенном диапазоне длин волн. Хотя полная невидимость пока остается фантастикой, метаматериалы уже используются для снижения радиолокационной заметности объектов.
Квантовые технологии
Как метаматериалы могут помочь в развитии квантовых компьютеров? Они позволяют создавать среды с контролируемыми оптическими свойствами для управления одиночными фотонами — потенциальными носителями квантовой информации. Это открывает новые возможности для квантовой обработки информации и квантовых коммуникаций.
Космические технологии
Какие преимущества дают метаматериалы для освоения космоса? Они позволяют создавать сверхлегкие и прочные конструкционные материалы для космических аппаратов. Метаматериалы также перспективны для разработки эффективной защиты от космической радиации и микрометеоритов.
Проблемы и ограничения в разработке и применении метаматериалов
Несмотря на огромный потенциал, разработка и внедрение метаматериалов сталкивается с рядом сложностей:
Технологические ограничения
С какими производственными трудностями сталкиваются разработчики метаматериалов? Создание сложных наноструктур требует использования дорогостоящего оборудования и высокоточных технологий. Это ограничивает возможности массового производства метаматериалов и повышает их стоимость.
Физические ограничения
Существуют ли фундаментальные ограничения свойств метаматериалов? Многие эффекты, такие как отрицательное преломление, проявляются только в узком диапазоне частот. Расширение рабочего диапазона является сложной задачей, требующей новых подходов к проектированию структуры метаматериалов.
Интеграция с существующими технологиями
Как обеспечить совместимость метаматериалов с традиционными материалами и устройствами? Внедрение метаматериалов часто требует пересмотра устоявшихся технологических процессов и стандартов. Необходимо разрабатывать новые методы интеграции метаматериалов в существующие системы.
Ключевые исследования и разработки в области метаматериалов
Исследования метаматериалов ведутся во многих научных центрах по всему миру. Некоторые из наиболее перспективных направлений включают:
Программируемые метаматериалы
Возможно ли создать материал, свойства которого можно менять «на лету»? Ученые работают над метаматериалами, структуру которых можно динамически перестраивать с помощью электрических сигналов или света. Это позволит создавать адаптивные устройства, способные менять свои характеристики в зависимости от условий.
Акустические метаматериалы
Как управлять звуком с помощью искусственных структур? Акустические метаматериалы позволяют создавать «акустические черные дыры», поглощающие звук, и сверхтонкие звукоизолирующие панели. Они также открывают возможности для разработки принципиально новых акустических устройств и систем.
Биомиметические метаматериалы
Чему мы можем научиться у природы для создания новых материалов? Исследователи изучают структуры природных материалов, таких как перламутр или паутина, чтобы создавать искусственные метаматериалы с улучшенными механическими свойствами. Это направление обещает прорывы в создании сверхпрочных и легких конструкционных материалов.
Метаматериалы представляют собой одно из самых перспективных направлений в современной науке о материалах. Они открывают возможности для создания устройств и технологий, которые еще недавно казались фантастикой. Несмотря на существующие ограничения и проблемы, исследования в этой области продолжают активно развиваться, обещая революционные прорывы в самых разных областях — от медицины до космических технологий.
О нас — META
META ® (NASDAQ: MMAT) — разработчик высокоэффективных функциональных материалов и интеллектуальных поверхностей, масштабируемых, устойчивых и эффективных. Благодаря прикладной физике и передовому дизайну мы являемся пионерами нового класса многофункциональных материалов, называемых метаматериалами, которые обладают инженерными свойствами, выходящим за рамки того, что встречается в природе.
Наша обширная технологическая платформа основана на программном обеспечении и искусственном интеллекте. Это позволяет нам разрабатывать библиотеку решений и функциональных прототипов намного быстрее и с меньшими затратами, чем традиционный химический синтез. Основные возможности включают голографию, литографию, беспроводное зондирование, ARfusion™ и PLASMAfusion™.
Наша технологическая платформа позволяет ведущим мировым брендам поставлять своим клиентам передовые продукты в области бытовой электроники, связи 5G, здоровья и хорошего самочувствия, аэрокосмической, автомобильной и чистой энергетики.
Наша нанооптическая технология, изготовленная на нашем защищенном объекте , обеспечивает функции защиты от подделки государственных документов и валюты, а также аутентификацию брендов.
META работала с некоторыми ведущими мировыми компаниями, включая Airbus, Satair, Lockheed Martin и Sekisui. Подразделение META Nanotech недавно продлило рамочное соглашение с центральным банком, входящим в десятку крупнейших, о разработке новой функции безопасности и предоставило функцию безопасности LumaChrome™ для банкнот более 30 номиналов.
В META мы делаем поверхности умнее, экологичнее и делаем больше с меньшими затратами. Вместе с нашими партнерами мы выходим за рамки возможного сегодня, создавая интеллектуальные поверхности, которые защищают, обнаруживают и подключаются.
Наши достижения получили широкое признание, в том числе мы были названы Lux Research Innovator of the Year в 2021 году.
Щелкните изображение, чтобы прочитать Годовой отчет META за 2021 год Что такое метаматериалы? Метаматериалы — это новый класс функциональных материалов, созданных на основе уникальных рисунков или структур, которые заставляют их взаимодействовать со светом и другими формами энергии способами, не встречающимися в природе.
Метаматериалы приобретают свои свойства не столько благодаря составу исходного материала, сколько благодаря тщательно разработанной структуре. Точная форма, геометрия, размер, ориентация и расположение этих наноструктур воздействуют на электромагнитные волны света, радиоволны и другие формы энергии, создавая свойства материала, которые нелегко достичь с природными материалами.
Будь то наука, стоящая за дизайном функциональных материалов, или технологии нанопроизводства, используемые для их изготовления, все, что касается метаматериалов, требует значительного ноу-хау.
Но выгоды от создания метаматериалов поразительны. В META мы элегантно решаем ряд давних проблем, нестандартно думая.
Например,
- Как заблокировать мощные и опасные зеленые лазеры с помощью обычного окна?
- Как заменить и уменьшить размер стандартного громоздкого объектива камеры на тонкий плоский объектив и, вдобавок, создать лучший объектив?
- Как может свет улавливаться фотогальваническим элементом практически под любым углом без механических трекеров, направляющих солнечные панели в правильном направлении?
- Как можно точно измерить уровень сахара в крови, не прокалывая кожу?
- Как увеличить скорость и разрешение новых и устаревших медицинских сканеров магнитно-резонансной томографии (МРТ) на несколько порядков?
- Как пленка может принимать и передавать радиоволны без потери эффективности?
- Как та же самая пленка может устранить запотевание и лед на лобовом стекле, фарах или умных головных уборах, не пропуская воздух и не используя нежелательные редкоземельные металлы?
В META мы делаем все это и многое другое.
Наши основные технологии быстрого проектирования и изготовления материалов с помощью голографии и литографии с вращающейся маской позволили нашим ученым и инженерам создать самую большую и самую передовую в мире библиотеку передовых материалов. Наши передовые технологии проектирования конструкций и масштабируемые методы производства открывают путь к широким коммерческим возможностям в аэрокосмической, медицинской, автомобильной, энергетической и других отраслях промышленности.
Запатентованная META быстрая разработка, основанная на суперкомпьютерах и алгоритмах искусственного интеллекта, приводит к созданию библиотеки для выбора материалов заказчиком, а возможности виртуального тестирования обеспечивают высокооптимизированные конструкции. Наш цифровой процесс практически устраняет необходимость тратить месяцы и миллионы долларов на разработку/поиск решений на основе химии, предлагая постепенное повышение производительности по сравнению с устаревшими продуктами.
Будь то для наших собственных продуктов или в соответствии с индивидуальными требованиями отрасли, мы умеем быстро внедрять «мета» функциональные возможности как в оригинальные, так и в существующие продукты. Наши голографические и литографические технологии нанопроизводства позволяют производить новые материалы с высокой скоростью, в больших количествах (например, партиями или с рулона на рулон) и с размерами, подходящими для бесшовного использования во многих приложениях большой площади. Это означает, что наша продукция может стать конкурентоспособной возможностью для любого OEM-производителя, которому необходимо полагаться на специальные материалы с высокими эксплуатационными характеристиками практически в любой области применения и при этом держать под контролем соотношение производительности и стоимости.
На самом деле, наши метаматериалы настолько продвинуты, настолько функциональны и настолько рентабельны, что мы даем возможность отделам инноваций в некоторых из крупнейших компаний мира в аэрокосмической, автомобильной, оборонной, энергетической, бытовой электронике и здравоохранении изменять аспекты.
своих продуктов новыми фундаментальными способами. Наши уникальные технологии знаменуют новую эру доступных передовых материалов, которые разрабатываются совместно с некоторыми из самых известных мировых компаний, включая Samsung, Airbus SE и Lockheed Martin.
Очень точные и строгие стандарты качества передового дизайна материалов и нанопроизводства требуют надежной системы управления качеством. Компания META внедрила и придерживается тщательно разработанной системы управления качеством ISO 9001 («СМК»), которая готова к Индустрии 4.0. Наша СМК определяет стандарты качества, которым мы должны соответствовать, а также политики, процессы, процедуры тестирования и меры аудита, которые META должна использовать для достижения и поддержания этих очень высоких стандартов.
Многие из наших функциональных материалов и метаматериалов предназначены для повышения эффективности использования света и других форм энергии. Вся наша продукция разработана и изготовлена с учетом экологических требований.
В результате META была удостоена чести быть названной группой Cleantech в престижном конкурсе 2019 года.Global Cleantech 100. Global Cleantech 100 — это ежегодный справочник по ведущим компаниям и темам в области устойчивых инноваций. Global Cleantech 100 включает компании, которые лучше всего подходят для решения завтрашних задач в области экологически чистых технологий.
Во многом метаматериалы напоминают первые персональные компьютеры и сотовые телефоны. Во время их изобретения мало кто понимал их и то, зачем они вообще могут понадобиться. И все же сегодня жизнь без этих устройств практически немыслима.
Наши ценностиФункциональность
Мы создаем материалы, которые улучшают и повышают ценность технологий и специализированных продуктов. Это элегантное решение сложных проблем. Каждый материал, который мы разрабатываем для наших клиентов, имеет практическое применение. Улавливает ли он, изгибает, блокирует, ощущает или иным образом манипулирует светом, он делает это целенаправленно.
Любопытство
«Возможно» — черта, которую мы любим пересекать. Наш изобретательный и творческий дух выходит за пределы предполагаемых препятствий. Мы погружаемся в революционные технологии, чтобы пролить свет на новые возможности.
Устойчивое развитие
Мы применяем чистый подход к технологиям. Устойчивое развитие является ключом ко всему: от материалов, которые мы создаем, до поставщиков, которых мы используем, и до того, как мы работаем каждый день.
Амбиции
Мы внедряем инновации и совершенствуем передовые материалы. Мы стремимся улучшить наш мир с помощью силы света.
Исполнение
Мы верим в неустанное стремление к совершенству в исполнении – работая с неотложностью, инновациями и страстью. Превосходство всегда преднамеренно. Наш успех как отдельных лиц, так и организации зависит от того, насколько последовательно мы сможем воплощать эту ценность в жизнь.
META , безусловно, является работодателем равных возможностей. Мы хотим, чтобы соискатели разного происхождения и нанимались независимо от расы, цвета кожи, пола, религии, национального происхождения, происхождения, гражданства, инвалидности, возраста, сексуальной ориентации или любых других характеристик, защищенных законом. Мы гордимся тем, что являемся одними из первых 500 компаний-первопроходцев программы 50–30 Challenge , инициативы правительства Канады, направленной на то, чтобы помочь предприятиям достичь целей разнообразия и инклюзивности.
Карьера — META
Вакансии
Мы растем!
Мы всегда ищем новых талантливых людей в нашу команду. Нам здесь нравится, и мы надеемся, что вам тоже!
Если вы хотите делать свою работу лучше всех, приносить пользу и получать от этого удовольствие, подайте заявку на одну из открытых вакансий ниже.
Чем мы занимаемся
- Характеристика материалов с использованием стандартных оптических инструментов и методов.
- Проектирование и моделирование метаматериалов (с использованием CST, Matlab, Comsol)
- Выбор и поиск материалов с желаемыми свойствами
- Синтез наночастиц и золь-гель обработка
- Нанесение методом центрифугирования, покрытие погружением, осаждение
- Базовое механическое проектирование (2D и 3D)
- Разработка стратегий и систем испытаний для оптического оборудования и лазеров
- Разработка программного обеспечения для ПК для управления оптическим оборудованием и лазерами
- Сборка, тестирование и доработка прототипов оптических и лазерных систем
Почему стоит работать с нами?
Мы знаем, какие члены команды, которых мы хотим привлечь, сами выбирают, где работать. Вы лучший в своей области, с уникальным опытом и навыками. Вот почему мы создали культуру, приветствующую лучшее, ценящую независимые мысли и идеи и всегда стремящуюся к лучшему. Нам здесь нравится, и мы надеемся, что вам тоже.
Наши ценности
Инновационный прорыв
Мы полны новых идей, которые способствуют улучшению продуктов, услуг и процессов.
Мы не относимся к себе слишком серьезно и используем свое воображение для создания прорывных инноваций.
Мы всегда стремимся производить отличную работу, которая продвигает компанию вверх. Мы берем на себя новые обязанности, получаем удовольствие от процесса решения проблем, предоставляем клиентам эффективные решения с добавленной стоимостью.
Устойчивое развитиеМы стремимся внедрить принципы устойчивого развития в ДНК META во всем, что мы делаем. Мы с радостью признаем, что обеспечение устойчивого развития — это процесс, в котором мы все можем внести свой вклад как индивидуально, так и в команде. Мы применяем наш творческий потенциал, наш энтузиазм и нашу настойчивость, чтобы развиваться, влиять и находить новые устойчивые образы жизни. Мы открыто делимся своим опытом, чтобы вдохновлять других.
Сотрудничество
Мы используем коллективный гений. Мы не ограничиваемся описанием нашей работы, а скорее используем навыки и опыт команды для достижения результатов.
Мы приветствуем смех, юмор и веселье, работая над достижением общей цели.
Trust
Наша культура работы открыта, честна, ориентирована на сотрудничество и ориентирована на семью. Мы чувствуем себя комфортно и уверенно, делясь своими идеями. Настоящие инновации и сотрудничество могут существовать только в среде доверия!
Работайте с лучшими
Когда вы работаете с компанией, расширяющей границы возможного, у вас есть возможность учиться у лучших в области новых и появляющихся технологий.
Баланс
Мы ценим баланс между работой и личной жизнью и понимаем, что лучшие члены команды ведут активную жизнь вне работы. Мы усердно работаем и ожидаем того же от нашей команды, но мы также усердно играем, и члены нашей команды поддерживают здоровый баланс между ними.
Положительная среда
Мы любим различия и знаем, что они способствуют созданию лучших продуктов и компаний. Мы работаем в веселой, позитивной обстановке, где мы заботимся о наших отношениях с нашими коллегами, клиентами и партнерами.
