Nyomásra tágulnak a mechanikai metaanyagok

Képzeljük el, hogy a székpárna megemelkedik, amikor ráülünk, ahelyett hogy összenyomódna. Az anyagok egy különleges csoportja képes erre, mivel térfogati rugalmasságuk negatív értéket vesz fel. 

Nyomásra tágulnak a mechanikai metaanyagok

Képzeljük el, hogy a székpárna megemelkedik, amikor ráülünk, ahelyett hogy összenyomódna. Lehetetlen? Nem egészen: az anyagok egy különleges csoportja képes erre. Közös jellemzőjük, hogy összenyomhatóságuk, avagy térfogati rugalmasságuk negatív értéket vesz fel. Ez utóbbi egy anyagi állandó, amely a nyomásváltozás és a hatására bekövetkező relatív térfogatváltozás hányadosának mínusz egyszeresével értelmezhető. Az ilyen anyagok összenyomódnak, ha húzóerő hat rájuk, és kitágulnak, ha nyomóerőt fejtünk ki rájuk.

Korábbi kísérletek során már sikerült olyan metaanyagokat létrehozni, amelyek képesek erre, de csak specifikus körülmények között. Ilyen például, ha aprócska üregekkel ellátott alumíniumrudakat rezegtetnek ‒ az üregek hatására keletkező hullámok a nyomás és húzás megszokott hatásával ellentétes reakciót váltanak ki az anyagból. Ehhez azonban el kell találni a megfelelő rezgési frekvenciát, és az anyag önmagában nem képes a cél megvalósítására.

Zachary Nicolaou és Adilson Motter, a Northwestern Egyetem kutatói nemrégiben előálltak egy olyan anyag terveivel, amely a körülményektől függetlenül minden esetben negatív térfogati rugalmassággal bír.

Elviekben egy ilyen anyagnak olyannyira instabilnak kellene lennie bármiféle erő hatására, hogy rögtön visszazuhanna stabil állapotába mindenféle különleges viselkedés demonstrálása nélkül. A kutatók ezt a problémát úgy hidalták át, hogy az anyag belső szerkezete valóban stabil állapotba ugrik, azonban ez a stabil állapot összenyomottabb vagy kitágultabb a kiindulási állapotnál.

Az egyelőre csak a rajzasztalon létező anyag négy „részecske” sorbarendezéséből álló alapegységekből épül fel. A részecskék maguk is molekulacsoportokból állnak, és különböző mértékben vonzódnak egymáshoz. A két belső elem között csak gyenge erők lépnek fel, így az anyagra kifejtett húzóerő elszakítja a fennálló gyenge kötéseket. Amint ez megtörténik, a külső részecskék egymással létesített erős kapcsolatai válnak uralkodóvá, és összességében az anyag összehúzódik, mondja Motter. Ha nyomóerő fejtődik ki az anyagra, akkor a belső részecskék elég közel kerülnek egymáshoz ahhoz, hogy gyenge kötést létesítsenek, és az anyag kitágul.

Egy ilyen tulajdonságokkal rendelkező anyag számos területen alkalmazható lenne: többek közt védőburkolatként lehetne használni a járművek külsején. Bármiféle külső mechanikai hatást „visszanyomna” az anyag, így csökkentve annak következményeit.

A metaanyag-kutatások többsége különleges elektromágneses tulajdonságokkal rendelkező anyagokat igyekszik létrehozni. Motterék munkája egy újnak számító területtel, a mechanikai metaanyagokkal foglalkozik. Ennek célja különleges mechanikai tulajdonságú anyagok kreálása.

 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward