Materialul răsucit este rigid și bun la absorbția vibrațiilor. Credit: D. Dykstra et al.
Preferiți să vă izbiți de un perete de cărămidă sau de o saltea? Majoritatea oamenilor vor găsi această decizie simplă. Rigiditatea peretelui de cărămidă nu atenuează eficient șocurile sau vibrațiile, în timp ce salteaua, cu moliciunea sa, acționează ca un excelent absorbant al unor astfel de șocuri. Interesant este că în domeniul proiectării materialelor, ambele proprietăți pot fi de dorit.
Materialele trebuie să fie pricepute la disiparea vibrațiilor, menținând în același timp o rigiditate suficientă pentru a preveni prăbușirea în condiții mari de stres. O echipă de cercetători de la Institutul de Fizică UvA a găsit acum o modalitate de a proiecta materiale care să le permită să facă ambele aceste lucruri.
Cele două descrieri particulare ale materiei se exclud de obicei reciproc: fie un lucru poate fi solid, fie poate absorbi vibrațiile foarte bine – dar rareori sunt ambele. Cu toate acestea, dacă putem face materiale care sunt rigide și bune la absorbția vibrațiilor, va exista o întreagă gamă de aplicații potențiale, de la proiectarea la scară nanometrică la inginerie aerospațială.
O probă de material elastomer cu un bloc deasupra este supusă excitației: mai întâi la frecvențe crescătoare și apoi la frecvențe descrescătoare. Când este supus unei excitații semnificative, specimenul se deformează. Întorsătura este mai pronunțată cu frecvența descrescătoare. Credit: Universitatea din Amsterdam
Răsucirea face smecheria
O echipă de cercetători de la Universitatea din Amsterdam a găsit o modalitate de a crea materiale care sunt rigide, dar care sunt încă bune la absorbția vibrațiilor – și, cel mai important, pot rămâne extrem de ușoare.
David Dykstra, autorul principal al publicației, explică: „Am descoperit că trucul a fost să folosim materiale etanșabile, cum ar fi panouri metalice subțiri. Când sunt asamblate într-un mod inteligent, construcțiile realizate din aceste panouri răsucite devin mari absorbanți de vibrații – dar la în același timp, mențin o mare parte din duritatea materialului din care sunt fabricate. În plus, plăcile nu trebuie să fie foarte groase și astfel materialul poate fi păstrat relativ ușor.”
Fotografia (la începutul articolului) arată un exemplu de material care utilizează această torsiune a tablei pentru a încorpora toate aceste proprietăți dezirabile.
O probă de metamaterial cu un bloc deasupra este supusă excitației: mai întâi la frecvențe crescătoare și apoi la frecvențe descrescătoare. Când este supus unei excitații semnificative, specimenul se deformează. Întorsătura este mai pronunțată cu frecvența descrescătoare. Credit: Universitatea din Amsterdam
set de aplicații
Cercetătorii au investigat în detaliu proprietățile acestor materiale răsucite și au descoperit că toate prezintă această combinație magică de rigiditate și capacitatea de a disipa vibrațiile. Deoarece materialele cunoscute nu au această combinație necesară de proprietăți, materialele noi realizate într-un laborator (sau[{” attribute=””>metamaterials) have a very wide range of potential applications, and at a very wide range of scales.
Possible uses range from meter-sized (think of aerospace, automotive applications, and many other civil designs) to the microscale (applications such as microscopes or nanolithography).
Dykstra: “Humans like to build things – small things and big things – and we almost always want these structures to be light. If that can be done with materials that are both stiff and good at shock-absorbing, many existing designs can be improved and many new designs become possible. There really is no end to the possible applications!”
Reference: “Buckling Metamaterials for Extreme Vibration Damping” by David M.J. Dykstra, Coen Lenting, Alexandre Masurier and Corentin Coulais, 18 May 2023, Advanced Materials.
DOI: 10.1002/adma.202301747
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”