Создан новый класс метаматериалов, способных изменять свои физические свойства

Современные метаматериалы весьма походят на технологии, известные нам по научной фантастике. За счет уникальных свойств таких материалов можно создавать невероятные вещи, плащи-невидимки, скрывающие объекты в различных длинах волн электромагнитного спектра, а на практике такие технологии уже используются в антеннах мобильных телефонов, к примеру. Отметим, что все метаматериалы, о которых мы не раз рассказывали на страницах нашего сайта, имеют набор пусть и уникальных, но фиксированных свойств, что значительно ограничивает область их применения. Но не так давно исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (awrence Livermore National Laboratory, LLNL) и Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новый класс метаматериалов — механические метаматериалы, которые могут становиться твердыми или гибкими в ответ на воздействие внешнего магнитного поля.

Для создания нового чудо-метаматериала исследователи использовали так называемую технологию 4D-печати. Название эта технология получила от того факта, что объекты, изготовленные при помощи трехмерной печати, могут изменять свою форму с течением времени, которое выступает в роли четвертого измерения. Как правило, изменения формы объекта происходят под влиянием какого-либо внешнего фактора — высокой температуры, гидратации, воздействия магнитного или электрического поля.

Основой новой технологии стали материалы, способные реагировать на внешние поля (FRMM, field-responsive metamaterial). Однако, в отличие от материалов, используемых в других технологиях 4D-печати, FRMM-материалы не изменяют свою форму, изменения затрагивают некоторые из их физических свойств, твердость, в данном случае. Создание FRMM-материалов оказалось достаточно простым делом — вместо монолитной структуры печатаемого объекта формируется трубчатая полая структура. И эти полости на следующем этапе заполняются специальной магнитной жидкостью.

Магнитная жидкость состоит из крошечных частиц магнитного материала, равномерно размешанных в объеме немагнитного растворителя. Когда такая жидкость попадает под воздействие внешнего магнитного поля, частицы в ее объеме упорядочиваются, выравниваясь вдоль линий магнитного поля, и материал превращается практически в твердый монолит. При отсутствии магнитного поля магнитная жидкость ведет себя как обычная вязкая жидкость, способная свободно течь в любом направлении.

«Тщательный расчет элементов трубчатой структуры метаматериала и состава магнитной жидкости позволил нам получить 318-процентное увеличение твердости материала под влиянием магнитного поля» — пишут исследователи, — «При этом, трансформация свойств материала происходит менее чем за секунду времени».

Исследователи прогнозируют, что новый тип FRMM-материала может использоваться для изготовления подвижных элементов «мягких» роботов, элементов «умных» носимых электронных устройств и во множестве других областей применения. Однако, прежде чем практическое использование FRMM-материалов станет экономически выгодным, ученым потребуется разработать новые технологии производства, позволяющие выпускать такие материалы в промышленных количествах и по низкой стоимости.

Источник: dailytechinfo.org

Ещё новости

Написать комментарий