Ученые создают новый материал, который может поглощать и выделять огромное количество энергии

Материальные фазовые переходы открывают перспективы для управления движением и управления событиями высокоскоростной передачи энергии/

Группа исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте (UMass Amherst) недавно объявила в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, что им удалось создать новое резиноподобное твердое вещество, обладающее удивительными свойствами. Оно может поглощать и высвобождать очень большое количество энергии. И оно поддается программированию. В совокупности этот новый материал открывает широкие перспективы для применения в самых разных областях: от создания роботов с большей мощностью без использования дополнительной энергии до новых шлемов и защитных материалов, способных рассеивать энергию гораздо быстрее.

Фазопреобразующий метаматериал с магнитными взаимодействиями

"Представьте себе резинку", - говорит Альфред Кросби, профессор полимерной науки и инженерии в UMass Amherst и ведущий автор статьи. "Вы оттягиваете ее, а когда отпускаете, она летит через всю комнату. Теперь представьте себе суперрезинку. Когда вы растягиваете ее до определенного предела, вы активируете дополнительную энергию, хранящуюся в материале. Когда вы отпускаете эту резинку, она пролетает километр".

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Эта гипотетическая резинка сделана из нового метаматериала - вещества, созданного таким образом, чтобы иметь свойства, не встречающиеся в материалах естественного происхождения, - который сочетает в себе эластичное, похожее на резину вещество с крошечными магнитами, встроенными в него. Этот новый "эластомагнитный" материал использует преимущества физического свойства, известного как сдвиг фаз, чтобы значительно усилить количество энергии, которую материал может высвободить или поглотить.

Фазовый сдвиг происходит, когда материал переходит из одного состояния в другое: вспомните, как вода превращается в пар или жидкий бетон застывает в тротуар. Каждый раз, когда материал меняет свою фазу, энергия либо высвобождается, либо поглощается. Причем фазовые сдвиги не ограничиваются изменениями между жидким, твердым и газообразным состояниями - сдвиг может происходить из одной твердой фазы в другую. Фазовый сдвиг, в результате которого высвобождается энергия, может быть использован в качестве источника энергии, но получение достаточного количества энергии всегда было сложной задачей.

"Чтобы усилить выделение или поглощение энергии, необходимо создать новую структуру на молекулярном или даже атомном уровне", - говорит Кросби. Однако это сложно сделать, а еще сложнее сделать это предсказуемым образом. Но используя метаматериалы, говорит Кросби, "мы преодолели эти трудности и не только создали новые материалы, но и разработали алгоритмы проектирования, которые позволяют программировать эти материалы на определенные реакции, делая их предсказуемыми".

Команда была вдохновлена некоторыми молниеносными реакциями, наблюдаемыми в природе: захлопывающимися крышками венерианских мухоловок и муравьиными челюстями. "Мы перешли на новый уровень", - говорит Ксудонг Лян, ведущий автор статьи, в настоящее время профессор Харбинского технологического института в Шэньчжэне (HITSZ) в Китае, который завершил это исследование, будучи постдоком в UMass Amherst. "Встраивая крошечные магниты в эластичный материал, мы можем контролировать фазовые переходы этого метаматериала. А поскольку фазовый сдвиг предсказуем и повторяем, мы можем сконструировать метаматериал так, чтобы он делал именно то, что мы хотим: либо поглощал энергию от сильного удара, либо высвобождал большое количество энергии для взрывного движения".

Это исследование, которое проводилось при поддержке Исследовательской лаборатории армии США и Исследовательского управления армии США, а также Харбинского технологического института в Шэньчжэне (HITSZ), может найти применение в любом сценарии, где необходимы либо удары большой силы, либо молниеносная реакция. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet