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 Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Химиотерапевтические препараты помогают уничтожить некоторые опухолевые клетки, но вместе с тем они нередко повреждают и здоровые ткани, в том числе периферические нервы. Из-за этого руки и ноги пациента начинают болеть и неметь. Авторы нового исследования показали в доклинических экспериментах на мышах и человеческих моделях нервной ткани, что предварительное введение псилоцибина может предотвращать повреждение нервов, вызванное химиотерапией.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Американские арахнологи открыли в Скалистых горах на севере Айдахо новый вид паука из рода Hexura, представители которого прежде встречались лишь на северо-западе США и в Канаде. Обнаруженная группа живет примерно в 500 километрах восточнее известного науке ареала. Пауки Hexura тесно связаны с местом обитания и не расселяются на большие расстояния, поэтому ученым еще предстоит выяснить, как новый вид оказался так далеко от известных популяций.
Европейская колонизация резко изменила жизнь коренных народов Австралии и поставила под угрозу их связь с традиционными землями. Археологи изучили наскальное искусство на севере континента и выяснили, что после начала контактов художники стали чаще изображать гигантских мифических существ, включая почти семиметрового змея.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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