Новый класс материалов одновременно жёсткий и отлично поглощает вибрации

С чем бы вы предпочли столкнуться: с кирпичной стеной или с матрасом? Ответ кажется очевидным, ведь твёрдость кирпичной стены неэффективно гасит удары или вибрации. А вот матрас с его мягкостью служит отличным амортизатором. Интересно, что в области дизайна материалов могут быть желательны обе эти характеристики.

Некоторые материалы должны хорошо гасить вибрации, но при этом сохранять достаточную жёсткость, чтобы предотвратить разрушение под значительным давлением. Это пригодилось бы для многих применений — от дизайна в наномасштабе до аэрокосмической инженерии. Команда исследователей из Физического института Амстердамского университета (UvA) нашла способ сочетать обе функции, причём их изобретение может оставаться очень лёгким.

Дэвид Дикстра, ведущий автор публикации, объяснил, что хитрость заключалась в использовании таких материалов, которые прогибаются, как тонкие металлические листы. При умелом соединении конструкции из таких гибких листов становятся отличными поглотителями вибраций. Но в то же время они сохраняют большую часть жёсткости материала, из которого изготовлены. Более того, листы не обязательно должны быть толстыми, и поэтому результат может оставаться относительно лёгким. На иллюстрации показан пример материала, в котором видны изгибы металлических листов для сочетания всех этих желаемых свойств.

На прилагаемом видео — образец металлического метаматериала, то есть композиционного, свойства которого обусловлены в первую очередь резонансными качествами составляющих элементов С нагрузкой сверху образец подвергается воздействию возбуждений, сначала с возрастающей, а затем с уменьшающейся частотой. При этом деформация становится более выраженной с уменьшением частоты.

Исследователи тщательно исследовали свойства деформируемых материалов и обнаружили, что все они демонстрируют это волшебное сочетание жёсткости и способности рассеивать вибрации. Поскольку известные материалы не обладают таким желаемым сочетанием свойств, новые лабораторные метаматериалы имеют очень широкий спектр потенциального применения и в очень широком диапазоне масштабов.

Возможные области использования варьируются от метровых масштабов — аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и многие другие гражданские проекты — до микромасштабных, когда речь идёт о микроскопах или нанолитографии.


— Дэвид Дикстра, ведущий автор публикации.