УНИВЕРЗИТЕТ У ПРИШТИНИ
ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА
СТУДИЈСКИ ПРОГРАМ ЕЛЕКТРОТЕХНИКА
МОДУЛ ЕЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОМУНИКАЦИЈЕ
ЗАВРШНИ РАД
ОСНОВНИХ АКАДЕМСКИХ СТУДИЈА
Ментор Студент
Проф. др Душан Ђурђевић Марко Вукосављевић
Бр. индекса 30/06
Косовска Митровица, новембар 2012. годинe
УНИВЕРЗИТЕТ У ПРИШТИНИ
ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА
СТУДИЈСКИ ПРОГРАМ ЕЛЕКТРОТЕХНИКА
МОДУЛ ЕЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОМУНИКАЦИЈЕ
ЗАВРШНИ РАД
МЕТАМАТЕРИЈАЛИ
Ментор Студент
Проф. др Душан Ђурђевић Марко Вукосављевић
Бр. индекса 30/06
Косовска Митровица, новембар 2012. годинe
Увод
___________________________________________________________________________
1
Увод
Најважнији електромагнетни феномени у практичним реализацијама су
интеракције електромагнетног поља, односно електромагнетног таласа са
материјалном средином. Зато се мера електромагнетне функционалности често мери
степеном обраде електромагнетног поља, односно таласа уз коришћење специјалних
геометрија доступних (адекватних) материјала. Постоји велики број специјално
израђених структура које су предложене али и произведене од стране научника и
инжењера широм света. Способност и разноврснот електромагнетних уређаја у великој
мери ограничена је обимом расположивих материјала од којих су направљени.
Нормално, познато је да увек постоје ограничења, било теоријска, било технолошка,
тако да је немогуће направити идеалну структуру.
Потпуно нов концепт у остваривању нових електромагнетних особина је
стварање вештачке структуре састављене од специјалних и прецизних примеса,
слојева, итд., под-таласних димензија. Иако су димензије тих примеса неколико пута
веће од атомског или молекуларног нивоа конвенционалних материјала, нехомогеност
структуре је и даље много мања од таласне дужине упадног таласа, а њихов
електромагнетни одзив се може изразити у функцији ефективних особина
хомогенизованог материјала. Такви вештачки функционални материјали, пројектовани
да
испуњавају
електромагнетне
особине
од
интереса,
називају
се
МЕТАМАТЕРИЈАЛИ.
Префикс МЕТА (
грч
.
) значи ИЗНАД, и у том смисли име
МЕТАМАТЕРИЈАЛИ означава материјале који су по својим особинама изван
конвенционалних материјала. Дефиницију
метаматеријала први је дао амерички
физичар
Rodger M. Walser
1999. године, предложивши да се метаматеријалима називају
макроскопски сложене структуре, направљене од синтетичких, тродимензионалних,
периодичних ћелија, чије се особине не могу пронаћи у природи
[ ]
. Међутим, тачна
дефиниција метаматеријала још није установљена, јер се многи истраживачи не могу
сложити око свеобухватне и јасне дефиниције. Тако, на пример, према сајту
European
Union’s Metamorphose Network
, спонзору Конгреса о метаматеријалима, метаматеријал
је вештачка структура елемената, направљен за постизање корисних и нестандардних
електромагнетних карактеристика. Ипак, за метаматеријале можемо рећи да њихове
одлучујуће особине зависе од самог материјала при чему је степен
нехомогеност много
мањи од таласне дужине упадног електромагнетног
таласа.
Увод
___________________________________________________________________________
2
У овом завршном раду дат је историјски осврт на теоријску основу и
истраживања у области метаматеријала, њихову израду и особине, као и преглед
садашње и очекиване будуће примене метаматеријала.
Завршни рад је конципиран кроз четири поглавља:
1.
Кратак историјат метаматеријала;
2.
Израда и примена метаматеријала;
3.
Вештачки магнетици и диелектрици, средине са негативним
индексом преламања;
4.
Феномен
невидљивости.
У првом поглављу описана је, у кратким цртама, историја метаматеријала, са
освртом на сам почетак развоја метаматеријала, теоријске анализе и резултати до данас
урађених обимних истраживања.
У другом поглављу акценат је стављен на саму израду метаматеријала. Уз
помоћ нанотенхологије и конвенционалних софтвера као што су
CST Microwave Studio
,
FEM solver of ANSOFT HFSS
и
COMSOL
омогућена је израда и електромагнетна
симулација функција метаматеријала.
У трећем поглављу дата је данас важећа подела метаматеријала, представљени
су примери структура које раде у микроталасном и оптичком режиму. У поглављу је
посебно пажња посвећена и фотоничним кристалима који представљају посебну врсту
метаматеријала.
У четвртом поглављу описан је феномен невидљивости. Наиме, учинити нешто
невидљивим је увек био човеков највећи сан, а захваљујући метаматеријалима, тачније
њиховим особинама, то ће можда бити могуће.
У закључку је дато кандидатово мишљење и осврт на рад. При изради
дипломског рада, консултована је бројна и богата литература из ове области и та
литература је наведена на крају овог рада.
Кратак историјат метаматеријала
___________________________________________________________________________
4
а) б) в)
Слика 1.1:
а) Лицургусов пехар под утицајем рефлектоване дневне светлости; б)
трансмитоване светлости; в) метална наночестица коришћена у изради пехара;
преузето из
[ ]
Данас су јапански научници отишли корак даље. Претварање маште у стварност
полако се остварује. Пре три године Сасуми Тачи, професор на Универзитету у Токију
[ ]
, направио је невидљиви огртач којим се заклонио. Његов огртач чини да онај који
га носи нестаје и да се на том месту јављају предмети иза. Ово је остварено уз помоћ
камере која снима шта се дешава иза и затим ову слику репродукује на огртач који
заправо има улогу екрана (слика 1.2).
Слика 1.2:
Невидљиво одело професора Сасума Тачија; преузето из
[ ]
Данашња истраживања метаматеријала су много комплекснија и шира него на почетку,
када су истраживани, углавном, материјали са негативним индексом преламања. Разни
вештачки модификовани метаматеријали демонстрирају до сада непознате
