Revoliucinės metamedžiagos: energijos kaupimas naujame lygyje!

Revoliucinės metamedžiagos: energijos kaupimas naujame lygyje!

Tarptautinė tyrimų grupė adresu Karlsrūhės technologijos institutas (KIT) neseniai sukūrė pažangias mechanines metamedžiagas, kurios siūlo nepaprastą elastinės energijos tankį. Šios metamedžiagos naudoja labai susuktus, spirališkai deformuotus strypus, kad būtų pasiektas didelis standumas, kartu išsaugant daug elastinės energijos. Šio tyrimo rezultatai buvo paskelbti žinomame žurnaleGamtapaskelbti ir patvirtinti šių naujų medžiagų potencialą ateityje.

Pagrindinis energijos kaupimo medžiagose parametras yra entalpija. Tai apibūdina energijos tankį, kuris gali būti laikomas medžiagoje. Vienas iš didžiausių iššūkių medžiagų moksle yra suderinti didelį standumą ir dideles atsigaunamas deformacijas, nesukeliant nuolatinės žalos ar deformacijos. Naujoms metamedžiagoms būdinga sudėtinga spiralinė deformacija, kuri sumažina vidinį medžiagos įtempimą ir taip sukuria galimybę turėti didelį atsparumą be medžiagos gedimo.

Plėtra ir funkcionalumas

Tyrėjai strategiškai išdėstė spirališkai deformuotus strypus metamedžiagose, kad pasiektų išskirtinai didelį energijos tankį. Šis naujoviškas išdėstymas leidžia medžiagoms sukaupti didelius energijos kiekius sukimosi proceso metu, nesukeliant lūžimo ar nuolatinės deformacijos. Sukimas lemia tolygų įtempių pasiskirstymą medžiagoje ir daro šias naujas metamedžiagas ypač tvirtas.

Palyginti su kitomis metamedžiagomis, šie nauji pokyčiai rodo entalpiją, kuri yra nuo 2 iki 160 kartų didesnė. Tai reiškia, kad jie gali būti labai svarbūs įvairiose inžinerinėse srityse, tokiose kaip energijos kaupimas, smūgių absorbcija ir slopinimas. Jie ypač rekomenduojami spyruoklėms, buferiams ir lanksčioms konstrukcijoms robotikoje, taip pat energiją taupančiose mašinose. Šių medžiagų pritaikymas įvairioms apkrovoms daro jas perspektyvia tyrimų sritimi.

Praktiniai pritaikymai ir testai

Praktiniai sukurtų prototipų, kurie buvo 3D spausdinami iš tokių medžiagų kaip guma ir titanas, bandymai parodė, kad šie strypai išlaiko savo formą ir našumą net esant ciklinei apkrovai. Didesnis atsparumas lenkimui, palyginti su įprastomis grotelių sistemomis, užtikrina, kad medžiagas būtų galima naudoti įvairioms reikmėms, pavyzdžiui, amortizatoriai transporto priemonėse arba elastinės jungtys robotizuotose sistemose.

Tyrimų rezultatai rodo, kad naujos metamedžiagos yra svarbios ne tik pramoninei gamybai, bet ir gali būti naudojamos aviacijos ir robotikos srityse. Elastinio energijos kaupimo ir valdymo galimybė padeda žymiai padidinti šių technologijų efektyvumą. Šie pokyčiai reiškia didelę pažangą medžiagų inžinerijoje, nes jie siūlo įvairias pritaikymo galimybes šiuolaikinėse ir būsimose inžinerinėse sistemose, pavyzdžiui, vibracijos izoliatorių ir lengvų konstrukcijų konstrukcijoje.