30 юни 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Нов материал, който може да абсорбира и отделя огромни количества енергия

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 07 февруари 2022 в 00:01 177170
Еластичният материал с вградени магнити, чиито полюси са цветно кодирани в червено и синьо. Ориентирането на магнитите в различни посоки променя реакцията на метаматериала. Кредит: UMass Amherst

Създадено е ново твърдо вещество, подобно на каучук, което има изненадващи качества - може да абсорбира и отделя много големи количества енергия, при това е програмируемо. Този нов материал има голям потенциал за много широк спектър от приложения, от възможността на роботите да имат повече мощност, без да използват допълнителна енергия, до нови каски и защитни материали, които могат да разсейват енергията много по-бързо.

Материалът е разработен от екип изследователи от Университета на Масачузетс Амхерст (UMass Amherst), които наскоро обявяват това в Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Представете си гумена лента“, обяснява Алфред Кросби (Alfred Crosby), професор по наука и инженерство на полимерите в UMass Amherst и водещ автор на статията. „Издърпвате я назад и когато я пуснете, тя прелита през стаята. Сега си представете супер гумена лента. Когато я разтегнете над определена степен, активирате допълнителна енергия, съхранявана в материала. Когато пуснете тази гумена лента, тя ще прелети на една миля [1.6 км] разстояние."

Тази хипотетична гумена лента е направена от нов метаматериал - вещество, проектирано да има свойство, което не се среща в естествено срещащи се материали - което съчетава еластично, подобно на каучук вещество с малки магнити, вградени в него. Този нов "еласто-магнитен" материал се възползва от физическо свойство, известно като фазов преход, за да увеличи значително количеството енергия, което материалът може да освободи или абсорбира.

Фазовият преход възниква, когато материалът преминава от едно състояние в друго - например вода, която се превръща в пара или течен бетон, който се втвърдява в кофраж. Всеки път, когато материал промени своята фаза, се освобождава или абсорбира енергия. И фазовите преходи не се ограничават само до преминаването между течно, твърдо и газообразно състояние - може да настъпи фазов преход от една твърда фаза към друга. Фазовият преход, който освобождава енергия, може да бъде използван като източник на енергия, но получаването на достатъчно енергия винаги е било трудната част.

Кредит: Xudong Liang et al

„За да се увеличи освобождаването или абсорбирането на енергия, трябва да се създаде нова структура на молекулярно или дори атомно ниво“, обяснява Кросби. Това обаче е трудно да се направи и още по-трудно е да се направи по предвидим начин. Но използвайки метаматериали, Кросби казва, че „сме преодоляли тези предизвикателства и не само сме направили нови материали, но и разработили алгоритми за проектиране, които позволяват на тези материали да бъдат програмирани със специфични реакции, което ги прави предвидими.“

Екипът е вдъхновен от някои от светкавичните реакции, наблюдавани в природата: затварянето на венерините мухоловки и пъргаво скачащите мравки Одонтомахус, които също така умеят да затварят светкавично дългите си челюсти като капани.

Натоварване със свободно падаща маса на метаматериал без магнитни домени (Q=0) и елиптични пори a0=0.17 b0 и w0 =0.14L0.  Метаматериалът вибрира с затихване на хармонично трептене и разсейва енергията на удара. Времето на затихване при свободно падаща маса е 0,7 s. Натоварване на магнитен метаматериал с вградени магнити (Q=1) и елипсовидни пори a0=0.17 b0 и w0=0.14L0. Вибрацията затихва бързо, с време на затихване от около 0,2 s. Еластомагнитните метаматериали абсорбират по-голямата част от енергията на удара чрез фазовите преходи.

Кредит: Xudong Liang et al

„Издигнахме това на следващото ниво“, разказва Сюдун Лян (Xudong Liang), водещ автор на статията, понастоящем професор в Харбинския технологичен институт, Шенжен (HITSZ) в Китай, който завършва това изследване, докато е постдокторант в UMass Amherst. „Чрез вграждането на малки магнити в еластичния материал можем да контролираме фазовите преходи на този метаматериал. И тъй като фазовият преход е предвидим и повторяем, можем да проектираме метаматериала да прави точно това, което искаме да прави: или да абсорбира енергията от голям удар или да освобождава големи количества енергия за експлозивно движение."

Справка: Xudong Liang et al, Phase-transforming metamaterial with magnetic interactions, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2118161119

Източник: Scientists engineer new material that can absorb and release enormous amounts of energy
University of Massachusetts Amherst


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Физика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.