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  • 新技術可以加速聲透鏡、抗沖擊薄膜和其他未來材料的發展

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2023-11-16 10:42 閱讀:345 [投稿]
    一種新的基于激光的技術提供了一種安全快速的解決方案,可以加速發現有前景的超材料,以用于現實世界的應用。

    超材料是工程技術的產物。它們由日常聚合物、陶瓷和金屬制成。當在微觀尺度上精確構造時,這些普通材料可以呈現出非凡的特性。

    在計算機模擬的幫助下,工程師們可以隨意組合各種微觀結構,以觀察某些材料如何變形,例如,變成聲音聚焦聲透鏡或輕質防彈膜。

    但模擬只能進行到目前為止的設計。要確定超材料是否符合預期,必須對其進行物理測試。但是,目前還沒有可靠的方法在微觀尺度上對超材料進行推拉,并且在此過程中不接觸和物理損壞結構,以了解它們的反應。

    現在,一種新的基于激光的技術提供了一種安全快速的解決方案,可以加速發現有前景的超材料,以用于現實世界的應用。

    這項技術由麻省理工學院的工程師開發,通過兩個激光器系統探測超材料——一個快速擊打結構,另一個測量其響應振動的方式,就像用木槌敲擊鈴鐺并記錄其回聲。與木槌不同,激光器沒有物理接觸。然而,它們可以在超材料的細小光束和支柱中產生振動,就像結構被物理撞擊、拉伸或剪切一樣。


    這張光學顯微照片顯示了反射基板上的微觀超材料樣品陣列。

    工程師們可以利用所產生的振動來計算材料的各種動態特性,例如它對沖擊的反應以及它如何吸收或散射聲音。通過超快激光脈沖,他們可以在幾分鐘內激發和測量數百個微型結構。這項新技術首次提供了一種安全、可靠和高通量的方法來動態表征微尺度超材料。

    麻省理工學院機械工程系英國人和亞歷克斯·達貝爾夫職業發展教授卡洛斯·波特拉說:“我們需要找到更快的測試、優化和調整這些材料的方法。通過這種方法,我們可以根據你想要的特性,加速發現最佳材料!

    波特爾拉和他的同事在《自然》雜志上發表了一篇論文,詳細介紹了他們的新系統,他們將這個系統命名為LIRAS(激光誘導共振聲光譜)。他的麻省理工學院的合著者包括第一作者云凱、索馬亞朱魯·杜利帕拉、雷切爾·孫、杰特·萊姆和托馬斯·佩澤爾,以及能源部堪薩斯城國家安全校園的華盛頓·德利馬。

    一個緩慢的提示

    波爾特拉研究的超材料由普通聚合物制成,他通過3D打印將其制成由微觀支柱和橫梁組成的支架狀小塔。每個塔通過重復和分層單個幾何單元進行圖案化,例如連接橫梁的八角形結構。當端對端堆疊時,塔的排列可以賦予整個聚合物以它原本沒有的特性。

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