Under de senaste åren har Metamaterialens popularitet har ökat betydligt. Dessa material finns inte i naturen eller tillverkas med kemiska reaktioner, men är utformade geometriskt i fysiklabbet. Metamaterial kan ges speciella, ofta kontraintuitivt, egenskaper. För första gången, fysiker har nu utvecklat en verktygslåda för att skapa material som har flera sådana egenskaper samtidigt. Forskningen publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences Denna vecka.

Forskningen som ledde till det nya materialet utfördes av fysikerna Aleksi Bossart, David Dykstra, Jop van der Laan och Corentin Coulais från University of Amsterdam. Med hjälp av verktygslådan, de skapade ett material som ändrar dess beteende när det komprimeras antingen snabbt eller långsamt. Nya material som detta kan vara mycket användbara för stötdämpare i bilar, för byggmaterial som tål jordbävningar eller flödesreglerande tryckventiler.

Designmaterial

Metamaterial är konstruerade material med extraordinära egenskaper. Dessa egenskaper kommer från deras geometriska struktur snarare än deras kemiska sammansättning. Metamaterialens inveckling ligger i deras design, inte i hur de är konstruerade:när rätt geometri är känd, en 3D -skrivare är ofta tillräckligt för att göra materialet. Under de senaste åren, fysiker har blivit mer och mer skickliga på att designa metamaterial med intressanta egenskaper. Till exempel, material kan nu konstrueras för att vara mycket lätta och mycket styva, eller för att uppvisa konstigt mekaniskt beteende - de kan krympa i sidled när de komprimeras, medan vanligt material expanderar, eller så kan de till och med bete sig som programmerbara formväxlare.

Även om det inte alltid är lätt att genomföra, idén verkar därför enkel:om du behöver ett material med en specifik egenskap, hitta en smart fysiker för att designa det åt dig. Men vad händer om du behöver ett material som har speciella egenskaper? Och tänk om, beroende på omständigheterna, vill du kunna växla mellan de två fastigheterna?

Två funktioner

Det är just den typen av frågor man möter när, till exempel, letar efter material som tål jordbävningar. Ett sådant material bör reagera mycket annorlunda på de små vibrationer som finns i en byggnads vardag än vad det borde vid en chock på grund av en jordbävning. Med sådana applikationer i åtanke, Bossart, Dykstra, Van der Laan och Coulais bestämde sig för att designa material som inte har en men flera funktioner inom en enda struktur.

Särskilt, de lyckades skapa metamaterial som antingen kan krympa eller expandera på sidan när de komprimeras, beroende på hur snabbt komprimeringskraften utövas. Ett exempel på ett sådant material visas i bilden ovan:nyckeln till materialets funktioner är i mönstret av dess hål. När trycket utövas, hålen deformeras kollektivt, men detta kollektiva beteende är annorlunda när trycket utövas långsamt än när det utövas snabbt.

Nya metamaterial som det här kan vara mycket intressant för alla slags industriella tillämpningar. En tillämpning skulle vara i jordbävningsresistenta byggmaterial, men metamaterialen kan också leda till andra applikationer för energiabsorbering - tänk på stötdämpare i bilar - eller till nya anpassningsbara enheter inom robotik inklusive flödesreglerande tryckventiler.