Метаматериалы разрушили, чтобы управлять их свойствами
Одно из новых научных направлений — исследование метаматериалов, группы искусственных композитов с необычными физическими свойствами, не встречающимися в природе. Ученый ТГУ провел серию экспериментов, нацеленных на программирование свойств метаматериалов и создание на их основе продуктов с особым функционалом.
«Отличительная черта метаматериалов — то, что их свойства зависят не от химического состава каркаса, а от структуры, которая организована особым образом. Из-за этого реакция метаматериала на внешнее воздействие тоже будет специфической, – говорит автор исследования, руководитель проекта доцент кафедры механики деформируемого твердого тела физико-технического факультета ТГУ Линар Ахметшин.
– В рамках эксперимента я исследовал материалы с тетрахиральной структурой. Хиральность – это свойство предмета не накладываться на свое зеркальное отображение. Хиральная структура придает материалу необычные свойства. К примеру, если сжимать его по оси Y, то в плоскости Х-Z он будет каким-то образом сжиматься и скручиваться. Обычные материалы так себя не ведут».
Другое еще более интересное свойство метаматериалов — способность отклонять и замедлять свет. Отрицательный коэффициент преломления позволяет скрывать объекты в одном из диапазонов электромагнитной волны. Поэтому в перспективе могут появиться самолеты, невидимые для радаров.
Чтобы управлять свойствами метаматериалов, нужно понимать, что происходит при изменении их структуры. Процесс открытия материалов теперь также может опираться на вычислительные подходы, позволяющие быстро рассчитать механические свойства возможных материалов. Проектирование структуры метаматериалов идеально подходит для цифровых методов, которые позволяют быстро и эффективно исследовать множество возможных геометрических и структурных решений и проверять их численно.
Ученый ФТФ ТГУ воздействовал на образцы метаматериалов посредством сжатия. Регулярная элементарная ячейка метаматериала при нагружении по трем ортотропным осям не меняла свои физико-механические свойства. Различные преобразования ячейки (введение топологических дефектов) приводили к изменениям свойств, увеличивая или уменьшая эффект.
«Дефект воспринимается обычно со знаком минус, но в моих исследованиях это просто инструмент. С его помощью удалось получить ряд новых фундаментальных знаний о метаматериалах на финальном этапе моего исследования – при сжатии и разрушении образцов, напечатанных на 3D-принтере, – объясняет Линар Ахметшин. – Так, угол поворота у регулярной ячейки равен 1,8°. Внедренный топологический дефект снизил угол вращения ячейки более чем на 60% и заметно повысил жесткость материала. При этом жесткость ячейки с топологическим дефектом изменяется по оси нагружения и становится выше, когда дефект находится на нижней стороне кубического образца».
Точек приложения новых знаний о метаматериалах множество. Например, программируя материалы, можно ослаблять или поглощать энергию колебаний – и за счет этого создавать ударозащитные конструкции с особой прочностью. Использование такого свойства, как отрицательное преломление, дает возможность создавать новые решения в биомедицине, электронике и других областях.
Грамотное использование метаматериалов может вывести человечество на новый технологический уровень. Исследование ученого ТГУ дает новое фундаментальное знание, которое необходимо, чтобы программировать у метаматериалов новый функционал.
Исследование выполнено в рамках стратпроекта «Технологии безопасности», поддержанного федеральной программой «Приоритет 2030». Результаты исследования представлены в журнале «Вестник ТГУ» (Механика).
Telegram 
Дзен 
VK Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Запуск китайского космического автомата на этой неделе должен был привести к первой посадке земного аппарата на южном полюсе Луны. Однако сочетание тайфуна и слабых энергетических возможностей современных китайских ракет заставило отказаться от запуска не только на август, но и на весь 2026 год.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
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.
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