扭转的新型超材料

原标题:扭转的新型超材料

使用3D打印机制作微笑结构,研究人员已经成功地制作出了一种新型的方形试剂盒,这种小型设备是通过转动压力超材料制作而成的。通常,这只能通过使用曲轴传递来实现。在最新一期的《科学》杂志上,研究人员就已经用于实现复杂的条形和环形结构的设计以及数学模型。

“如果一个力作用在材料上,材料会有不同方式的效应。它可以膨胀,压缩或者弯曲,”Martin Wegener说,他是纳米技术物理研究所的教授和所长。“然而,根据力学的有效规则,它不会旋转。”他补充道。他的工作人员Tobias Frenzel和他的同事们,现在已经成功地在一个精细的立方结构,围绕它的轴旋转设计出了荷载的反应实验结构。

“通过计算机模拟,我们首先开发了一种新的力学特性,这种特性到目前为止,仍未有人对此进行描述,” Frenzel解释说,他是该论文的第一作者还是模型的设计者。“我们的计算表明,所期望的行为是由一个复杂的手性结构,即一个结构,不能映射到它的镜像,类似于左手和右手。”

扭转的立方体由Frenzel和他的团队计算,都是在一定的方式相互连接的。“连接环结构和立方体角的臂在载荷下垂直向下移动。这一运动导致了一个旋转的环,” Frenzel 解释说。“反过来,这些旋转运动将力传递到立方体的水平面的角上,从而使整个结构在其轴线周围开始扭曲。”

然后,研究团队开始制作可变的尺寸,强度更强的立方结构,并用三维微缩方法建立模型。立方体的边长为100~500µM.研究建塔4到500立方毫米和2毫米的高度。为了验证他们的理论,他们还建立了非手性的立方体塔,即立方体,可以映射到自己的镜像。

科学家们发现,由手性块组装成的塔在力的作用下开始绕轴心旋转。Frenzel 说,他们还测量一个旋转达每百分之一的变形度。由非手性的立方结构的塔并没有表现出这种旋转。研究人员还发现,结构的刚度随着立方体的数量增加而增加,尽管各个构件的尺寸成比例地减小。

根据Tobias Frenzel的描述,相关研究将来还有很远的路要走。这项研究的灵感来源于该小组先前对弹性“隐身斗篷”的研究,这些研究可以用来缓冲地震的冲击波或将它们转移到受保护的建筑周围。

来源:https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171201104606.htm返回搜狐,查看更多

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