Revoluční metamateriály: ukládání energie na nové úrovni!

Revoluční metamateriály: ukládání energie na nové úrovni!

Mezinárodní výzkumný tým na Karlsruhe Institute of Technology (KIT) nedávno vyvinula průlomové mechanické metamateriály, které nabízejí pozoruhodnou hustotu elastické energie. Tyto metamateriály používají vysoce zkroucené, spirálovitě deformované tyče k dosažení vysoké tuhosti a zároveň akumulují velké množství elastické energie. Výsledky tohoto výzkumu byly publikovány v renomovaném časopisePřírodazveřejněny a potvrzují potenciál těchto nových materiálů pro budoucí aplikace.

Ústředním parametrem pro skladování energie v materiálech je entalpie. To popisuje hustotu energie, která může být uložena v materiálu. Jednou z největších výzev ve vědě o materiálech je kombinace vysoké tuhosti a velkých obnovitelných deformací, aniž by došlo k trvalému poškození nebo deformaci. Nové metamateriály se vyznačují složitou spirálovou deformací, která snižuje vnitřní pnutí materiálu a vytváří tak možnost vysoké odolnosti bez porušení materiálu.

Vývoj a funkčnost

Vědci strategicky uspořádali spirálovitě deformované tyče v metamateriálech, aby dosáhli výjimečně vysoké hustoty energie. Toto inovativní uspořádání umožňuje materiálům ukládat velké množství energie během torzního procesu, aniž by došlo k rozbití nebo trvalé deformaci. Torze vede k rovnoměrnému rozložení napětí v materiálu a činí tyto nové metamateriály obzvláště robustními.

Ve srovnání s jinými metamateriály tyto nové vývojové trendy vykazují entalpii, která je dvakrát až 160krát vyšší. To znamená, že by mohly mít velký význam v různých technických aplikacích, jako je ukládání energie, tlumení nárazů a tlumení. Jsou zvláště doporučovány pro pružiny, nárazníky a flexibilní konstrukce v robotice a také pro energeticky účinné stroje. Adaptabilita těchto materiálů na různá zatížení z nich činí slibnou oblast výzkumu.

Praktické aplikace a testy

Praktické testy vyvinutých prototypů, které byly 3D vytištěny z materiálů jako je pryž a titan, ukázaly, že tyto tyče si zachovávají svůj tvar a výkon i při cyklickém zatížení. Vyšší odolnost proti vzpěru ve srovnání s konvenčními mřížkovými systémy zajišťuje, že materiály mohou být použity v různých aplikacích, jako jsou tlumiče nárazů ve vozidlech nebo elastické spoje v robotických systémech.

Výsledky výzkumu ukazují, že nové metamateriály nejsou důležité pouze pro průmyslovou výrobu, ale mohou být použity také v letectví a robotice. Možnost elastického ukládání a řízení energie pomáhá výrazně zvýšit efektivitu těchto technologií. Tento vývoj představuje významný pokrok v materiálovém inženýrství, protože nabízí různé aplikace v moderních a budoucích inženýrských systémech, jako je konstrukce izolátorů vibrací a lehkých konstrukcí.