Eine Gruppe von Wissenschaftlern der University of Massachusetts Amherst hat ein Metamaterial mit erstaunlichen Eigenschaften entwickelt. Er ist in der Lage, große Mengen mechanischer Energie sofort aufzunehmen oder freizusetzen. Das Material wird in jedem Szenario nützlich sein, in dem es notwendig ist, entweder einen großen Aufprall zu absorbieren (Schutzausrüstung) oder eine blitzschnelle Reaktion wie einen Muskel umzusetzen, was für die Robotik nützlich ist.
Die Idee eines Metamaterials, das große Energiemengen sofort aufnehmen oder abgeben kann, liegt in der Ebene der Nutzung der Phasenverschiebung des Zustands des Materials selbst. Ein einfaches Beispiel für eine Verschiebung des Phasenzustands eines Stoffes ist das Gefrieren oder Verdampfen von Wasser. Im ersten Fall wird Energie freigesetzt, im zweiten absorbiert. Die gleiche Regel gilt für feste Materialien, die von einem Phasenzustand in einen anderen übergehen können. Zum Beispiel die Aufnahmefläche einer CD. Es kann entweder amorph oder kristallin sein, für deren Übergang die Energie des aufzeichnenden Laserstrahls aufgewendet wird.
Das Problem ist, dass es äußerst schwierig ist, ein Material mit gewünschten Eigenschaften in Bezug auf Phasenübergänge herzustellen, was Eingriffe auf molekularer und sogar atomarer Ebene erfordert. In dieser Hinsicht sind Metamaterialien – Materialien aus mehreren Stoffen, die auf bestimmte Weise miteinander verbunden sind – viel einfacher und ziemlich vorhersagbar. Insbesondere ist das Metamaterial zur Aufnahme oder Abgabe von Energie in Form einer bestimmten elastischen Struktur mit Einlagen aus Magneten ausgebildet.
„Indem wir winzige Magnete in ein elastisches Material einbetten, können wir die Phasenübergänge dieses Metamaterials steuern. Und da die Phasenverschiebung vorhersehbar und wiederholbar ist, können wir das Metamaterial so gestalten, dass es genau das tut, was wir wollen: entweder Energie von einem starken Aufprall absorbieren oder eine große Menge Energie für eine explosive Bewegung freisetzen“, sagen die Autoren der Studie, Spezialisten von das Forschungslabor der US-Armee und das Forschungsbüro der US-Armee sowie das Harbin Institute of Technology in Shenzhen (HITSZ).
2022-02-03 21:46:31
Autor: Vitalii Babkin