Nem komprimering, let flow:Forskerhold designer nye granulerede materialer
Når vi går en tur på stranden, går vi på sandet uden problemer. Sandet virker fast og er svært at komprimere. Når vi putter de samme sandkorn i et timeglas, opfører de sig meget forskelligt:Sandet flyder som en væske.
Granulære materialer som sand har mange interessante egenskaber. I laboratoriefremstillede granulære materialer har videnskabsmænd hidtil været i stand til at finjustere deres "flydende" strømningsegenskaber, men de "faste" kompressibilitetsegenskaber er forblevet ret robuste.
Forskere fra University of Amsterdam og fra Santiago i Chile har nu formået at designe nye granulerede materialer, der også nemt kan komprimeres, et resultat, der kan have et stort potentiale i applikationer som støddæmpning.
Man kan finde dem langs hele Japans kyst:tetrapoder, enorme firbenede betonblokke, der forhindrer erosion af kyststrukturer. Sammen danner disse tetrapoder et granulært metamateriale:et granulært materiale som sand, men designet og lavet af mennesker. Tetrapoder har deres form af en god grund. De forlængede ben gør det meget svært for en bunke af disse blokke at flyde. I modsætning til almindelige kampesten bliver de på deres plads, og som et resultat gør de, hvad de var beregnet til:forhindrer kystlinjen i at ændre sig.
Eksemplet med tetrapoder viser, at det er relativt nemt at lave et granulært system, som er næsten usammentrykkeligt og flyder langt dårligere end sand. I den anden ende af spektret har det vist sig at være meget svært at skabe et materiale, der er nemt at komprimere og flyder bedre end sand.
På grund af arbejdet fra forskerne fra Amsterdam og Santiago, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences i denne uge har denne situation nu ændret sig – hvilket åbner op for meget interessante muligheder.
Daan Haver, førsteforfatter til publikationen, forklarer:"Inden for metamaterialer konstruerer vi et materiales geometri på en sådan måde, at materialet har en ønsket respons. For eksempel forventer vi normalt, at et elastikbånd bliver tyndere, når vi strækker det.
"I tidligere arbejde har forskere vist måder til at lave materialer, der ikke bliver tyndere, når de strækkes, men når de komprimeres, udelukkende baseret på materialets geometri. Dette eksempel viser, at det er muligt at justere egenskaberne af dit materiale. Vi tænkte på, om vi kunne bruge denne idé til også at tune granulære materialer."
I laboratoriet lavede forskerne korn, der krymper radialt, når der er et eksternt tryk. Det betyder, at når en pakning af disse korn komprimeres, forbliver mængden af ledig plads mellem kornene nogenlunde den samme, og som følge heraf forbliver kornenes flydende adfærd den samme som en væske.
Haver udtaler:"Kræfterne inde i mediet forbliver lave. Derfor er pakningen ikke kun meget komprimerbar, men kan også flyde bedre. Vi putter kornene i en tragt. Normalt vil korn danne en blokerende bue. Men når kornene krymper med hensyn til åbningsstørrelsen vil kornene til sidst flyde.
"Man har altid troet, at granulerede materialer ville være svære at komprimere, og at ændringer i korn ville forringe flydeegenskaberne. Med vores nye korn åbnede vi en retning, hvor vi kan skabe helt forskellige pakninger, der er nemme at komprimere, og som stadig flyder let. ."
Støddæmpning
De nye resultater kan have et stort potentiale i støddæmpning. Forskerne viste, at en metalskive, når den falder ned i en pakning af de nye korn, sænker farten over en længere periode og næppe hopper tilbage. Energien fra skivens bevægelse overføres således mere konsekvent og homogent til pakningen.
Haver siger:"Forestil dig, i stedet for en metalskive, at nogen falder i et hurtigløb på skøjteløb. Påvirkningen på skateren, når han rammer væggen, ville være lille, hvis de nye korn bruges inde i puden. Som en stor bonus ville personen ville ikke blive kastet tilbage på banen, hvilket gør situationen mere sikker for alle involverede."
Flere oplysninger: Daan Haver et al, Elasticity and rheology of auxetic granular metamaterials, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317915121
Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences
Leveret af University of Amsterdam
Varme artikler
-
Forskere opfandt metode til at fange bakterier med fotonisk krogEn asymmetrisk nanopartikel, der udsender fotonisk krog Kredit:ITMO University Et internationalt forskerhold har opdaget en ny type buet lysstråle kaldet en fotonisk krog. Fotoniske kroge er unikk -
Udvider vores rækkevidde til kosmos med nye spejlbelægningerLIGO -belægningsmaterialerne, der skal testes, afsættes på tynde glasskiver, meget mindre end LIGO spejle. Den lyserøde farve på billedet skyldes det tynde lag metaloxid, der er aflejret på overfladen -
Brug af termiske lyskilder til at tage nøjagtige afstandsmålingerForenklet skema over sanseteknikken offentliggjort i Optics Express. Kredit:University of Portsmouth Ny forskning har gjort det muligt for første gang at sammenligne de rumlige strukturer og posit -
Nyheder avanceret laserteknologi, der kommer under din hudEn Chromacity ultrahurtig laser i drift. Kredit:Heriot-Watt University En højt specialiseret laser, der er i stand til at analysere potentielt dødelige sygdomme som aldrig før, er under udvikling
- Undersøgelse tilbyder en ny teoretisk tilgang til at beskrive faseovergange uden ligevægt
- Oprettelse af 2-D dichalcogenid strukturer ved hjælp af kemisk dampaflejring
- Hvordan påvirker vejret os?
- Billede:Mars støvstorm
- Eksperimenter med magneter til børn
- Kina genstarter kulminer for at imødekomme den stigende efterspørgsel efter strøm