Aplicações dos metamateriaisUm metamaterial é um material com propriedades especiais derivados de a sua estrutura em vez da sua composição química. O melhor metamaterial conhecido é aquele com um índice de refração negativo, ou seja, ele faz a curva de luz “errada” – isto é, significativamente maior do que qualquer material com um índice de refração positivo.

Todos os materiais encontrados na natureza têm um índice de refração positivo. Materiais de índice de refração negativo têm aplicações em superlentes – lentes especiais com potencial para resolver recursos menores que o comprimento de onda da luz visível e capas de invisibilidade possíveis que a luz visível direta suavemente incide em torno de um objeto ao invés de absorvê-lo ou refletir convencionalmente. Estes materiais podem também ser utilizados em plasmônica, uma área exótica e nova da computação que explora ondas de densidade em portadores de carga para computadores.

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A maioria dos metamateriais é utilizada para aplicações relacionadas com o eletromagnetismo e ótica, tais como feixes direcionados, moduladores, filtros passa-banda, lentes, etc. Eles são formados de várias grelhas de componentes celulares, com um tamanho de célula aproximadamente igual ao do comprimento de onda de radiação eletromagnética com o qual eles estão tentando trabalhar. Assim, um metamaterial projetado para redirecionar microondas teria células no intervalo de milímetro, enquanto um metamaterial projetado para aplicações ópticas teria células muito pequenas, em torno dos 380 nm – 780 nm gama.

Metamateriais são usados em eletromagnetismo e ótica

Metamateriais são usados em eletromagnetismo e ótica

Os metamateriais são frequentemente associados com a nanotecnologia porque as minúsculas estruturas celulares de repetição usados para aplicações ópticas são medidos em nanômetros. Criar metamateriais pode exigir métodos de fabricação inovadores, somente possíveis através da nanotecnologia. Conforme a nanotecnologia avança nas próximas décadas, novos metamateriais devem aparecer e ter seu custo reduzido.

Há pelo menos um metamaterial natural conhecido(mas não metamateriais naturais com um índice de refração negativo): o opala . A opala é composto de cristobalite, um polimorfo de alta temperatura de quartzo e tridimita produzido em erupções vulcânicas. O material resultante é constituído por um grande número de células minerais minúsculas que estão constantemente a que caem em relação a outra, criando o efeito macro-escala de uma bela exibição de cores múltiplas, o mais proeminente um azul brilhante.

Uma das aplicações dos metamateriais é a sua utilização em antenas que podem ser gravadas em placas de circuito e ocupam muito pouco espaço. Dispositivos em miniatura que utilizam antenas são, portanto, possíveis, assim como circuitos menores que controlam banda larga de frequências e desfasamentos em electrônica.

Metamateriais também podem ser utilizados em sistemas de imagem, que operam a resoluções maiores do que os limites de tamanho de comprimento de onda de luz. As aplicações nestes casos variam entre aumentar a densidade de pequenos componentes electrônicos para sistemas de imagens médicas precisas, bem como dispositivos de inspeção de manufatura.

Antenas e sistemas de comunicações e eletrônicos em satélites podem incorporar metamateriais também. O tamanho da carga é minimizado, tornando mais fácil para lançar um pequeno satélite e mais barato para projetar e construir. Aplicações de metamateriais também incluem equipamentos de menor segurança e dispositivos utilizados para fins militares para camuflagem ou dobrar a luz para que um objeto se torne invisível.