Новый метаматериал превращается в новые формы, приобретает новые свойства

Недавно разработанный тип архитектура метаматериал обладает способностью изменять форму в перестраиваемого моды.

В то время как большинство реконфигурируемых материалы могут переключаться между двумя различными государствами, как выключатель включает или выключает, формы нового материала можно гибко настраивать, регулировать свои физические свойства. Материал, который имеет потенциальные применения в следующем поколении накопления энергии и био-имплантируемые микро-устройств, разработан совместный Калтех-Джорджия тек-ETH в Цюрихе команда в лаборатории Юлия Р. Грир.

Грир, Ф. Рубен и Донна Меттлер профессор материаловедения, механики и медицинской техники в Калифорнийском технологическом институте отдел машиностроения и прикладной науки, создает материалов из микро — и наноразмерных строительных блоков, которые располагаются в сложных архитектур, которые могут быть периодическими, как решетки или непериодическими с учетом особенностей каждой из моды, давая им необычные физические свойства.

Большинство материалов, которые предназначены для изменения формы требуется постоянный внешний стимул для изменения из одной формы в другую и оставаться таким образом: например, они могут быть одной формы при намокании и различную форму при высыхании-как губка набухает как он поглощает воду.

В отличие от этого, новый наноматериал деформируется с помощью электрохимически управляемый кремний-литиевые легирующих реакция, это означает, что его можно тонко управлять для достижения каких-либо «промежуточных» состояний, оставаться в эти настройки даже после удаления раздражителя, и быть легко изменена. Нанесите немного тока, и в результате химической реакции меняет форму на контролируемой, малой степени. Применить много тока, а форма существенно изменяется. Снять электрическое управление, и настройки сохраняются … как привязанный воздушный шар. Описание нового типа материал был опубликован онлайн в журнале Nature 11 сентября.

Существуют недостатки и несовершенства во всех материалах, и часто можно определить свойств материала. В этом случае, команда решила воспользоваться этим фактом и выстроить в дефекты, чтобы наполнить материал со свойствами, которые они хотели.

«Самая интригующая часть этой работы для меня решающую роль дефектов в таких динамично реагировать архитектура материалов», — говорит Сяосин Ся, выпускник Калифорнийского технологического института и ведущий автор бумаги природы.

Для природы бумаге, команда разработала кремния-покрытием решетки с мелкими прямые лучи, которые гнутся в кривые при электрохимическом стимуляции, принимая на уникальные механические и колебательные свойства. Команда Грир созданы эти материалы, используя ультра-высокого разрешения 3D-печати процесс называется двухфотонной литографии. Используя этот новый метод изготовления, они смогли построить дефектов в архитектуру системы, основанную на заранее подготовленной конструкции. В тесте системы, группа готовых листов материала, что под электрическим управлением, показывает значок Калифорнийский технологический институт.

«Это просто показывает, что материалы, которые так похожи на людей, это недостатки, которые делают их интересными. Я всегда испытывал особую симпатию к недостаткам, и эта Сяосин времени удалось впервые раскрыть влияние различных видов брака на этих метаматериалов, а затем использовать их в программе конкретного рисунка, которые возникают в ответ на электрохимический стимул», — говорит Грир.

Материал с таким мелко управляема способность изменять форму имеет потенциал в будущем системы аккумулирования энергии, поскольку он обеспечивает возможность создания адаптивных систем хранения энергии, которые позволят батарейки, например, значительно легче, безопаснее, и значительно больше живет, говорит Грир. Некоторые материалы батарею расширить при хранении энергии, создание механической деградации из-за стресса от повторного расширения и сжимания. Архитектура материалов, таких как этот один может быть предназначен для обработки таких структурных преобразований.

«Электрохимически активных метаматериалов является создание нового пути для развития следующего поколения смарт-аккумуляторы с увеличенной емкостью и новый функционал. В технологическом институте Джорджии, мы развиваем вычислительные инструменты, чтобы предсказать этот комплекс в сочетании с электро-Хемо-механическое поведение», — говорит Клаудио В. Ди Лео, доцент кафедры аэрокосмической инженерии в технологическом институте Джорджии.