Väitös materiaalitieteen alalta, DI Mhd Adel Assad

Väitöskirjan nimi: Disordered metasurfaces for energy capture, camouflage, and stealth via polarizonic interference

Väittelijä: Mhd Adel Assad
Vastaväittäjä: Prof. Ing. Andrei Choukourov, Charles University, Tšekki
Kustos: Prof. Mady Elbahri, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Vastauksena ilmastonmuutoksen, energian kestävyyden ja kehittyneiden puolustusteknologioiden yhteen kietoutuviin globaaleihin haasteisiin on tullut yhä kriittisemmäksi kehittää materiaaleja, jotka kykenevät hallitsemaan valoa ja lämpöä useilla spektrialueilla. Modernit sovellukset – aina energiatehokkaista rakennusjulkisivuista ja aurinkoenergian talteenottojärjestelmistä monispektriseen naamiointiin ja infrapunahäiveeseen – edellyttävät optisia pinnoitteita, jotka ovat paitsi spektrisesti monipuolisia myös skaalautuvia, kustannustehokkaita ja mekaanisesti kestäviä.

Tämä väitöskirja esittelee epäjärjestyneitä metasurface-rakenteita (disordered metasurfaces), joiden avulla saavutetaan monitoimisia optisia vasteita energian talteenoton, naamioinnin ja häiveteknologian sovelluksiin. Tämän viitekehyksen ytimessä on uusi käsite, polarisoninen interferenssi (polarizonic interference), joka on emergentti valo-aine -vuorovaikutus. Se mahdollistaa laajakaistaiset, kaikkialle suuntautuvat ja kulmasta riippumattomat optiset vasteet ilman riippuvuutta periodisuudesta tai litografisesta tarkkuudesta.

Tutkimus etenee kolmen keskeisen demonstraation kautta. Ensinnäkin esitellään polarisoninen interferenssi ja kehitetään kirkkaasti värittyviä polarisonisia kalvoja, jotka tuottavat pigmentittömän rakenteellisen värin yhdistettynä spektrisesti selektiiviseen auringonvalon absorptioon. Toiseksi toteutetaan monikaistaisia häivepinnoitteita, jotka mahdollistavat samanaikaisen ultraviolettivalon absorptoinnin, näkyvän alueen naamioinnin ja infrapunasäteilyn vaimennuksen yhdessä ultraviohessa kerroksessa. Kolmanneksi suunnitellaan pilvistä inspiroituja metasurface-rakenteita, jotka säätelevät lämpöhallintaa kontrolloidun taustasironnan ja lämpöenergian vangitsemisen avulla.

Nämä epäjärjestyneet metasurface-rakenteet valmistetaan täysin skaalautuvalla fysikaalisella höyrypinnoitusmenetelmällä (physical vapor deposition), mikä poistaa puhdastilojen ja monimutkaisten kuviointiprosessien tarpeen. Yhteisesti tämä väitöskirja luo uuden paradigman optisten materiaalien suunnitteluun osoittamalla, kuinka epäjärjestyneet metasurface-rakenteet voivat tarjota skaalautuvia, monitoimisia ja ympäristön kannalta kestäviä ratkaisuja energian talteenottoon, spektriseen naamiointiin ja lämpöhallintaan.

Avainsanat: Epäjärjestyneet, Metapinnat, Polarizonic interferenssi, Absorboijat, Naamiointi, Häive

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot:
Adel Assad 
+358449400046
Adel.Assad@aalto.fi 
LinkedIn