Desenvolvimento e análise de um nano

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13387 (2023) Citar este artigo

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À medida que a sociedade se torna mais inteligente, as tecnologias avançadas de detecção óptica e de imagem que utilizam regiões do visível e do infravermelho próximo tornaram-se cada vez mais predominantes. Os polarizadores de grade de fio, que estão disponíveis para ondas eletromagnéticas de banda larga, são eficazes para melhorar a relação sinal-ruído de tais sistemas ópticos e permitir detecção e análise de objetos mais avançadas. No entanto, para serem implementados em produtos de uso diário, devem ser desenvolvidos métodos de fabricação de baixo custo, mantendo funções ópticas de alto desempenho. Para atender a esses requisitos, conduzimos uma análise da geometria dos polarizadores de grade de arame e projetamos e desenvolvemos um polarizador de grade de arame com uma estrutura em forma de onda nanotriangular que pode ser fabricada usando equipamentos de fabricação de uso geral. Uma vez preparado o molde, este polarizador pode ser fabricado por nanoimpressão e deposição de metal com ângulo normal ou processos de galvanização sem eletrólito. O polarizador fabricado através de revestimento de Ni sem eletrólito atinge uma transmitância de 40%, que é aproximadamente 1,4 vezes maior que a alcançada em um estudo anterior usando revestimento de Ni sem eletrólito em uma estrutura retangular com o mesmo período. Além disso, o polarizador fabricado através da deposição de Al em ângulo normal opera em uma ampla faixa de comprimentos de onda, da luz visível ao infravermelho próximo, e atinge uma taxa de extinção de polarização de 24 dB em um comprimento de onda de 550 nm e uma alta transmitância de 81%. Polarizadores de alto desempenho podem ser obtidos através de deposição em ângulo normal usando equipamentos de uso geral, em contraste com o método de deposição em ângulo oblíquo empregado na fabricação de polarizadores convencionais de grade de arame baseados em estrutura retangular, contribuindo assim para a redução de custos e melhor capacidade de fabricação.

Polarizadores são elementos ópticos importantes usados ​​em tecnologias ópticas, como detecção óptica e imagem óptica; no futuro, com a construção de uma sociedade inteligente, a procura de polarizadores aumentará ainda mais. Suas aplicações que utilizam luz visível a infravermelha próxima não se limitam a monitores; nos últimos anos, têm sido utilizados em sistemas de detecção e alcance de luz para direção automática1,2,3,4, robôs5,6, smartphones7, sistemas de imagem biológica8,9,10 e sistemas de segurança11,12. Como resultado, a pesquisa e o desenvolvimento de polarizadores avançaram significativamente, levando ao surgimento de polarizadores de metamateriais13,14, polarizadores de nanotubos de carbono15,16,17 e polarizadores multicamadas18,19, que foram propostos e demonstrados. A maioria dos polarizadores atuais no mercado são polarizadores à base de corante dicróico. Ampliar a gama de comprimentos de onda funcionais é um desafio e a escolha de polarizadores na região do infravermelho próximo é limitada20,21. Os polarizadores de grade de fio (WGPs) são candidatos promissores porque exibem alto desempenho em comprimentos de onda de banda larga, desde a luz visível até a região do infravermelho próximo, controlando a forma e o material da estrutura anisotrópica do comprimento de onda.

No entanto, o alto custo de fabricação dos WGPs típicos limita a sua aplicação. Para ser adotado em vários tipos de sistemas ópticos no futuro, é necessário um método de fabricação de baixo custo. Para fabricar estruturas metálicas com os comprimentos de onda necessários, uma abordagem mais ortodoxa é usar litografia por feixe de elétrons e gravação Al. Como abordagens alternativas, foram relatados métodos que utilizam exposição a interferências e nanoimpressão em vez de litografia por feixe de elétrons. A nanoimpressão é um método de formação baseado em molde que é relativamente barato entre os métodos de formação de nanoestruturas. Posteriormente, foram relatados vários métodos baseados em processos de nanoimpressão que não requerem gravação com Al, como deposição em ângulo oblíquo e deposição em ângulo de visão . Como não é necessária a remoção de porções metálicas desnecessárias, o processo de fabrico pode ser encurtado e a capacidade de fabrico pode ser melhorada. No entanto, como é necessário equipamento especial para deposição em ângulo oblíquo e a precisão exigida do ângulo de deposição é alta, vários WGPs utilizando deposição a vácuo em ângulos normais que podem ser fabricados usando equipamentos de uso geral foram relatados30,31,32,33, 34,35. Além disso, WGPs produzidos através de processos de solução que não utilizam o método de deposição a vácuo também foram relatados36,37,38,39; no entanto, seu desempenho é inferior quando comparado ao dos WGPs produzidos por deposição a vácuo. Assim, há um interesse renovado na pesquisa e desenvolvimento de WGPs de baixo custo e alto desempenho para implementação em aplicações de próxima geração. Espera-se que a realização desta tecnologia contribua significativamente para a difusão de sistemas avançados de detecção óptica e processamento de imagem e para a criação de uma sociedade inteligente mais segura e protegida.