Скрученные в пружину стержни из метаматериала сохранили рекордный объем энергии
Международная группа исследователей из Китая, США и Германии разработала метаматериал с выдающейся механической емкостью хранения энергии. Придать ему уникальные характеристики удалось за счет структуры — скрученных гибких стержней, деформирующихся по спирали.
Сначала ученые нашли способ сохранять большое количество энергии в простом круглом стержне, не ломая и не деформируя его. Затем механизм масштабировали и с помощью компьютерного моделирования спрогнозировали свойства нового перспективного материала, в частности высокую жесткость, что позволяет поглощать больше энергии во время деформации. Чем выше жесткость — тем больше возникающая сила упругости.
Подобно тому, как сжатая пружина хранит потенциальную энергию, работает и предложенная исследователями технология. Но есть существенное отличие. В традиционной пружине напряжения во внутреннем объеме крайне невелики, в то время как на концах, наоборот, слишком высокие, что приводит к разрыву. Ученые обнаружили, что, если скрутить стержень, его поверхность тоже подвергнется высоким напряжениям, следовательно, нагрузка распределится равномерно по поверхности.
Принцип действия лег в основу метаматериала — композита, физические свойства которого задаются не химическим составом, а пространственной структурой. Они не встречаются в природе, а создаются из индивидуально определенных компонентов.
Созданный международной командой ученых хиральный метаматериал представляет собой особый тип композитного материала. Хиральность — это свойство предмета не накладываться на свое зеркальное отображение. Точно так же, к примеру, несовместимы руки человека: ни при каком движении правую ладонь не повернуть так, чтобы она выглядела как левая.
Научная группа провела испытания, которые подтвердили перспективные характеристики разработанной модели. По сравнению с другими известными искусственными структурами, материал показал 5-10-кратную прочность на изгиб, то есть способность противостоять деформации под нагрузкой, 2–32-кратную эквивалентность энергии массе (в пределах прочности материала) и 2–160-кратную энтальпию. Это означает, что он может хранить в десятки раз больше упругой энергии, причем восстанавливая форму после сжатия или растяжения.
Авторы научной работы отметили, что производительность материала можно улучшить еще больше за счет использования более плотного расположения зеркальных хиральных структур. Потенциально применять его можно будет в тех областях, где требуются эффективное энергосбережение и исключительные механические свойства, от легких и миниатюрных конструкций до промышленных установок. Пружинное накопление энергии требуется, например, в демпферах или низкочастотных виброизоляторах, а гибкие соединения — в робототехнике.
Научная статья опубликована в журнале Nature.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии