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 Исследователи из МИЭМ ВШЭ и ИПКОН РАН разработали новую математическую модель мониторинга, которая позволяет фиксировать источник опасных подземных вибраций в реальном времени. Технология поможет снизить риск повреждения зданий, дорог и другой инфраструктуры рядом с карьерами и шахтами.
Ученые Сеченовского Университета установили, что возраст существенно меняет реакцию нейронов на ишемический инсульт: у пожилых пациентов клетки мозга быстрее теряют способность поддерживать энергетический обмен и значительно чаще запускают программу клеточной гибели. Эти изменения могут быть одной из причин, почему стандартные нейропротективные подходы нередко оказываются менее эффективными у пациентов старших возрастных групп.
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
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.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
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