Разработан новый метаматериал с расширенным функционалом

Ученые из Калифорнийского технологического института и Федеральной высшей технической школы Цюриха разработали новый метаматериал, меняющий форму в заданной манере.

Обычно такие структуры переключаются между двумя состояниями. Новый материал меняется более гладко, позволяя настроить желаемые физические свойства, сообщает eurekalert.org. Продукт, созданный в лаборатории профессора Джулии Грир, подойдет для нового поколения систем хранения энергии и биоимплантируемых микроустройств.

Меняющие форму материалы традиционно требуют постоянных внешних стимулов. Так, намокнув, они переходят в новое состояние, сохраняя его до высыхания. Новый материал деформируется за счет электрохимической реакции сплавления кремния-лития. Это позволяет управлять изменениями, фиксируя любое промежуточное состояние. Интенсивность деформации зависит от силы тока. Когда подача электричества прекращается, материал остается в текущем состоянии.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Дефекты и несовершенства существуют во всех материалах, часто определяя их свойства. В этом случае команда воспользовалась изъянами для получения нужных характеристик.

«Самой интересной частью работы стала важность роли дефектов в поведении таких динамически реагирующих структур», — сказал ведущий автор работы, Сяосин Ся.

Для статьи команда создала покрытую кремнием решетку с микромерными прямыми прутьями, скручивающимися при электрохимической стимуляции, приобретающими уникальные механические и вибрационные свойства. Команда Грир изготовила материал, используя двухфотонную литографию – технику 3D-печати с высоким разрешением. Она позволила встроить дефекты в нужные места. На полученном образце, под действием тока, проступала эмблема КТИ.

«Это показывает сходство материалов и людей. Несовершенства делают их интересными», — сказала Грир.

Продукт имеет потенциал в сфере хранения энергии. Контролируемая смена формы позволяет создавать адаптивные системы, делающие батареи легче, безопаснее и долговечнее. Некоторые аккумуляторы расширяются при зарядке, разрушаясь в процессе работы. Деформируемые материалы решат эту проблему.