3D-tryckt molekylärt ferroelektriskt metamaterial tillverkat av imidazoliumperklorat. Kredit:University at Buffalo
Ett universitet vid Buffalo-ledda forskargrupper har rapporterat ett nytt 3D-tryckt molekylärt ferroelektriskt metamaterial.
Framstegen, publicerad måndag i Förfaranden från National Academy of Sciences , är ett steg mot att göra dessa extraordinära lab-skapade material mer prisvärda och anpassningsbara till otaliga multifunktionella tekniker. Det kan dra nytta av allt från akustiska filtar för ljudisolering av flygplan till stötdämpare och elastiska kappor som skyddar känsliga elektroniska system från yttre mekaniska störningar.
"Himlen är gränsen när det gäller ferroelektriska metamaterial, "säger studiens huvudförfattare, Shenqiang Ren, Ph.D., professor vid institutionen för maskin- och rymdteknik vid UB School of Engineering and Applied Sciences.
Bland forskningsintressen för Ren, som har utnämningar vid UB:s kemiska institution och universitetets RENEW Institute, är design och montering av högtemperaturmolekylära ferroelektriska ämnen. För studien, han samlade ett team som inkluderar:
Sex forskarstudenter - ledda av Yong Hu i Rens laboratorium, Zipeng Guo i Zhous labb och Andrew Ragonese i Nouhs labb-är bland studieförfattarna.
Ett metamaterial är material som är konstruerat för att ha en egenskap som inte finns i naturligt förekommande material. Ferroelektricitet avser kristallina ämnen som har spontan elektrisk polarisering som är reversibel av ett elektriskt fält.
Under de senaste decennierna har forskare har studerat hur man slår samman material med dessa egenskaper. Medan framsteg har gjorts, forskare har kämpat för att producera ferroelektriska metamaterial som är kostnadseffektiva och lätt kan anpassas till elektroniska och mekaniska enheter.
Den nya studien tar sikte på dessa problem genom att utnyttja de senaste framstegen inom databehandling, additiv tillverkning, materialdesign, akustik och andra områden.
Forskargruppen utarbetade en plan för att 3D-skriva ut ett ställningsstödet ferroelektriskt kristallint gitter tillverkat av imidazoliumperklorat.
En framväxande avancerad tillverkningsteknik, 3D-skrivare kan direkt tillverka produkter från digital design med exakt kontroll över strukturer, material och funktioner, Säger Zhou. I tur och ordning, detta skapar möjligheter att avancera materialupptäckter och utöka industriella tillämpningar.
Resultaten, Ren säger, bana väg för användning av 3D-skrivare för att skapa molekylära ferroelektriska metamaterial. Den unika utformningen av gallret gör det möjligt att självkorrigera eventuella avvikelser från konstruktionen medan materialet fortfarande trycks. Också, materialets styvhet - hur mycket det motstår deformation - är omprogrammerbar, som, i tur och ordning, tillåter forskare att "ställa in" materialet för att filtrera bort olika subvåglängdsfrekvenser.
På papper, Nouh säger, metamaterial ger en unik plattform för att uppnå oöverträffad kontroll över ljudutbredning och akustisk vågmanipulation. Sådan potential kan bara förverkligas om forskare kan skapa sådana material - ett mål som detta arbete går mot.
Arbetet finansierades delvis av U.S. Army Research Office (ARO).
"En av anledningarna till att ARO finansierar professor Rens projekt är att molekylära ferroelektriska processer kan användas underifrån och uppåt-som 3D-utskrift-som annars skulle vara utmanande att använda med traditionell keramisk ferroelektricitet, "sa Evan Runnerström, Ph.D., programchef Arméforskningskontoret, en del av US Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory. "Detta banar väg för avstämbara metamaterial för vibrationsdämpning eller omkonfigurerbar elektronik, vilket kan göra det möjligt för framtida arméplattformar att anpassa sig till förändrade förhållanden. "
