Блог

Nov 27, 2023

Волшебная комбинация

Автор: Университет Амстердама, 5 июня 2023 г. Материал с пряжками, одновременно жесткий и

Автор: Амстердамский университет, 5 июня 2023 г.

Деформированный материал, одновременно жесткий и хорошо поглощающий вибрации. Авторы и права: Д. Дикстра и др.

Вы бы предпочли врезаться в кирпичную стену или в матрас? Большинству людей это решение покажется простым. Твердость кирпичной стены не эффективно гасит удары и вибрации, тогда как матрас с его мягкостью служит отличным амортизатором таких ударов. Интересно, что в сфере материального дизайна обе эти характеристики могут быть желательны.

Материалы должны быть способны рассеивать вибрации, но в то же время сохранять достаточную жесткость, чтобы предотвратить разрушение под значительным давлением. Команда исследователей из Института физики УВА нашла способ создания материалов, способных выполнять обе эти задачи.

Обычно две характеристики материала являются взаимоисключающими: что-то либо жесткое, либо хорошо поглощает вибрации, но редко и то, и другое. Однако, если бы мы могли создавать материалы, которые одновременно были бы жесткими и хорошо поглощали бы вибрации, у них появился бы целый ряд потенциальных применений: от проектирования наномасштабов до аэрокосмической техники.

Образец резинового метаматериала с массой сверху подвергается возбуждениям: сначала с возрастающей частотой, а затем с уменьшающейся частотой. Под воздействием сильного возбуждения образец деформируется. Выпучивание становится более выраженным с уменьшением частоты. Кредит: Амстердамский университет.

Команда исследователей из Амстердамского университета теперь нашла способ создавать материалы, которые являются жесткими, но при этом хорошо поглощают вибрации – и, что не менее важно, которые можно сохранять очень легкими.

Дэвид Дайкстра, ведущий автор публикации, объясняет: «Мы обнаружили, что хитрость заключалась в использовании материалов, которые изгибаются, например, тонких металлических листов. При грамотном соединении конструкции, сделанные из таких изогнутых листов, становятся отличными поглотителями вибраций – но в то же время они сохраняют большую часть жесткости материала, из которого они сделаны. Более того, листы не обязательно должны быть очень толстыми, и поэтому материал может оставаться относительно легким».

На изображении (начало статьи) показан пример материала, в котором используется изгиб металлических листов для объединения всех этих желаемых свойств.

Образец металлического метаматериала с массой сверху подвергается возбуждениям: сначала с возрастающей частотой, а затем с уменьшающейся частотой. Под воздействием сильного возбуждения образец деформируется. Выпучивание становится более выраженным с уменьшением частоты. Кредит: Амстердамский университет.

The researchers thoroughly investigated the properties of these buckled materials and found that they all showed this magical combination of stiffness and the ability to dissipate vibrations. As known materials do not have this desired combination of properties, the new lab-made materials (or metamaterialsMetamaterials are engineered materials that have properties not usually found in nature." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">метаматериалы) имеют очень широкий спектр потенциальных применений и в очень широком диапазоне масштабов.

Возможные области применения варьируются от метровых размеров (например, в аэрокосмической, автомобильной промышленности и многих других гражданских проектах) до микромасштабов (такие приложения, как микроскопы или нанолитография).

Дикстра: «Людям нравится строить вещи – маленькие и большие вещи – и мы почти всегда хотим, чтобы эти конструкции были легкими. Если это можно сделать с использованием материалов, которые одновременно жесткие и хорошо амортизируют, многие существующие конструкции можно улучшить. и становится возможным множество новых проектов. Возможностям применения действительно нет конца!»

Ссылка: «Метаматериалы с потерей устойчивости для экстремального гашения вибраций», Дэвид М. Дж. Дайкстра, Коэн Лентинг, Александр Масюрье и Корентен Куле, 18 мая 2023 г., Advanced Materials.DOI: 10.1002/adma.202301747