Ученые создали концепцию расширяющегося под внешним давлением метаматериала

metamaterial0.png

Метаматериалами называют не встречающиеся в природе объекты, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно синтезированной периодической структурой. Из исходной природной матрицы внедрением различных периодических структур ученые могут конструировать метаматериалы с заданными свойствами: размером структур, формой, периодом повторения структур в матрице. Синтезированные метаматериалы проявляют физические свойства, сложно достижимые технологически либо не встречающиеся в природе. Так, метаматериалы могут обладать такими необычными свойствами, как отрицательный показатель преломления.

Картинки по запросу metamaterials with negative effective static compressibility

Из такого материала можно создать маскировочную «умную» одежду, поскольку он способен скрывать трехмерные объекты. Немецкие ученые спроектировали структуру, которая при повышении внешнего давления не сжимается, а увеличивается в размерах. Новый метаматериал, полученный учеными из Германии, не просто выдерживает большое давление, но и ведет себя совершенно нелогичным, на первый взгляд, образом: при повышении давления он не сжимается, а расширяется.

Но ничего парадоксального тут нет – все дело в сложной структуре, детали которой авторы раскрывают в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review X. Цзиньгуан Цюй (Jingyuan Qu) и его коллеги смоделировали структуру метаматериала, образованную перекрестьями трех перпендикулярных полых «трубок» размерами порядка микрометра, соединенными П-образными «штангами».

Картинки по запросу metamaterials with negative effective static compressibility

Повышение давления в газе или жидкости, в которую погружен такой материал, заставляет центральные полости перекрестий сжиматься, что заставляет соединительные «штанги» поворачиваться и раздвигать перекрестия в стороны, увеличивая объем структуры в целом.

Для демонстрации возможностей своего метаматериала ученые использовали 3D-принтер, распечатав увеличенный пластиковый прототип и показав, что при увеличении давления от одной атмосферы примерно до пяти объем его увеличивается примерно на три процента. Меняя размеры и толщину отдельных деталей, можно регулировать величину расширения по мере необходимости. По словам авторов, до сих пор такие структуры существовали лишь в теории, «на бумаге», и впервые получены на практике.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!