Suche
Mein Konto
Revolutionerende metamaterialer: energilagring på et nyt niveau!
KIT i Karlsruhe udvikler innovative mekaniske metamaterialer til effektiv elastisk energilagring. De seneste forskningsresultater viser fremskridt inden for spiralfoldningsteknologi, som kombinerer høj stivhed og genoprettelighed.
Revolutionerende metamaterialer: energilagring på et nyt niveau!
Et internationalt forskerhold kl Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har for nylig udviklet banebrydende mekaniske metamaterialer, der tilbyder bemærkelsesværdig elastisk energitæthed. Disse metamaterialer bruger stærkt snoede, spiralformede stænger for at opnå høj stivhed, mens de lagrer store mængder elastisk energi. Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort i det anerkendte tidsskriftNaturoffentliggjort og bekræfte potentialet af disse nye materialer til fremtidige applikationer.
Den centrale parameter for energilagring i materialer er entalpi. Dette beskriver den energitæthed, der kan lagres i et materiale. En af de største udfordringer inden for materialevidenskab er at kombinere høj stivhed og store genvindelige deformationer uden at forårsage permanent skade eller deformation. De nye metamaterialer er kendetegnet ved en kompleks spiraldeformation, der reducerer den indre belastning på materialet og dermed skaber mulighed for høj modstandsdygtighed uden materialefejl.
Udvikling og funktionalitet
Forskerne arrangerede strategisk de spiralformede stænger i metamaterialerne for at opnå en usædvanlig høj energitæthed. Dette innovative arrangement gør det muligt for materialerne at lagre store mængder energi under torsionsprocessen uden at forårsage brud eller permanent deformation. Torsion fører til en jævn fordeling af stress i materialet og gør disse nye metamaterialer særligt robuste.
Sammenlignet med andre metamaterialer viser disse nye udviklinger en entalpi, der er to til 160 gange højere. Det betyder, at de kan have stor betydning i forskellige tekniske applikationer såsom energilagring, stødabsorbering og dæmpning. De anbefales især til fjedre, buffere og fleksible strukturer i robotteknologi samt energieffektive maskiner. Disse materialers tilpasningsevne til forskellige belastninger gør dem til et lovende forskningsfelt.
Praktiske applikationer og tests
De praktiske test af de udviklede prototyper, som blev 3D-printet af materialer som gummi og titanium, har vist, at disse stænger bevarer deres form og ydeevne selv under cyklisk belastning. Den højere bøjningsmodstand sammenlignet med konventionelle gittersystemer sikrer, at materialerne kan bruges i en række forskellige applikationer, såsom støddæmpere i køretøjer eller elastiske led i robotsystemer.
Forskningsresultater viser, at de nye metamaterialer ikke kun er vigtige for industriel fremstilling, men også kan bruges i rumfart og robotteknologi. Muligheden for elastisk energilagring og -styring er med til at øge effektiviteten af disse teknologier markant. Disse udviklinger repræsenterer et betydeligt fremskridt inden for materialeteknik, da de tilbyder forskellige anvendelser i moderne og fremtidige tekniske systemer, såsom konstruktion af vibrationsisolatorer og letvægtsstrukturer.