Инженеры изготавливают механические метаматериалы со сверхвысокой способностью поглощать энергию.
Китайские исследователи успешно изготовили механические метаматериалы со сверхвысокой способностью поглощения энергии с использованием технологии ионных треков. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications как «Выдающийся момент».
Исследование было проведено исследователями из Центра исследования материалов Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS) и их сотрудниками из Чунцинского университета.
Механические метаматериалы относятся к классу композиционных материалов с искусственно созданными структурами, обладающими экстраординарными механическими свойствами, которых нет у традиционных материалов. Среди них механические метаматериалы, поглощающие энергию, могут более эффективно поглощать механическую энергию , что требует, чтобы сам материал обладал как высокой прочностью , так и высокой деформационной способностью, которые, однако, вряд ли сосуществуют в целом.
Нанорешетки — это новый класс механических метаматериалов с характерными размерами в наномасштабе. Из-за размерных эффектов, геометрической конфигурации и выбора материала механические свойства этого типа пористых материалов сильно отличаются от свойств сыпучих материалов. Ожидается, что благодаря еще лучшим механическим свойствам и меньшему весу нанорешетка принесет в будущем революционные применения в области высокоэффективных функциональных материалов.
Нанорешетка с балочной структурой является предметом исследований метаматериалов нанорешетки. Однако изготовить нанорешетку из металлических пучков с диаметром пучка менее 100 нм было затруднительно, поэтому ее механические свойства до сих пор остаются неоднозначными.
В этой работе, основанной на Центре исследования тяжелых ионов в Ланьчжоу (HIRFL), исследователи изготовили новый тип квази-телоцентрированного кубического (квази-ОЦК) пучка нанорешетчатого метаматериала с технологией ионных треков. Диаметр луча нанорешетки квази-ОЦК может составлять всего 34 нм, что является рекордно низким диаметром луча для механических метаматериалов.
Кроме того, исследователи продемонстрировали, что квази-ОЦК-лучевые нанорешетки из золота и меди обладают превосходной способностью поглощать энергию и прочностью на сжатие . Эксперименты показали, что энергопоглощающая способность медной квази-ОЦК-лучевой нанорешетки превышает таковую у ранее описанной пучковой нанорешетки. Предел текучести квази-ОЦК-лучевых нанорешеток золота и меди превышает предел текучести соответствующих объемных материалов менее чем в два раза меньше плотности последних.
Кроме того, исследователи обнаружили, что исключительные механические свойства в основном связаны с синергетическим эффектом размерных эффектов, квази-ОЦК-геометрией и хорошей пластичностью металлов.
Это исследование проливает свет на механические свойства пучковых нанорешеток и применяет технологию ионных треков в качестве нового метода исследования пучковых нанорешеток со сверхвысокой способностью поглощения энергии.
