Metamaterialların dizaynında oyunun adı çoxdan “güclüdür, daha yaxşıdır” olub. Metamateriallar ümumi materiala müstəsna xüsusiyyətlər verən mikroskopik strukturlara malik sintetik materiallardır. Adi həmkarlarından daha güclü və daha sərt olan metamaterialların dizaynına böyük diqqət yetirilmişdir. Ancaq bir mübadilə var: material nə qədər sərt olsa, bir o qədər az çevikdir.

MIT mühəndisləri indi həm güclü, həm də elastik olan metamaterial hazırlamağın bir yolunu tapdılar. Əsas material adətən çox sərt və kövrəkdir, lakin o, həm güclü, həm də çevik bir quruluş meydana gətirən dəqiq, mürəkkəb naxışlarda çap olunur.

Əsər Təbiət Materiallarında görünür .

Yeni materialın ikili xüsusiyyətlərinin açarı sərt mikroskopik dayaqlar və daha yumşaq toxunmuş arxitekturanın birləşməsidir. Pleksiglasa bənzər bir polimerdən istifadə edərək çap olunan bu mikroskopik “ikiqat şəbəkə” tam qırılmadan ölçüsündən dörd dəfə çox uzana bilən bir material istehsal etdi. Müqayisə üçün, digər formalardakı polimer çox az uzanır və ya heç bir şəkildə uzanmır və çatladıqdan sonra asanlıqla parçalanır.

Tədqiqatçılar deyirlər ki, yeni ikili şəbəkə dizaynı digər materiallara, məsələn, elastik keramika, şüşə və metalların istehsalı üçün tətbiq oluna bilər. Bu cür sərt, lakin əyilməz materiallardan yırtılmaya davamlı tekstil, çevik yarımkeçiricilər, elektron çip qablaşdırma və toxuma təmiri üçün hüceyrələrin yetişdirilməsi üçün davamlı, lakin uyğun iskelelər hazırlana bilər.

MIT-də Robert N. Noyce Karyera İnkişafı üzrə Dosent Karlos Portela deyir: “Biz metamateriallar üçün bu yeni ərazini açırıq”. “Siz ikiqat şəbəkəli metal və ya keramika çap edə bilərsiniz və bu üstünlüklərdən çoxunu əldə edə bilərsiniz, çünki onları sındırmaq üçün daha çox enerji lazımdır və onlar əhəmiyyətli dərəcədə daha da uzana bilər.”

Portelanın MIT həmmüəllifləri arasında birinci müəllif Ceyms Utama Surjadi, həmçinin Bastien Aymon və Molli Karton var.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745403620&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-metamaterial-high-strength-remarkable-flexibility.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiJdLFsiTm90LUEuQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNS4wLjcwNDkuOTYiXV0sMF0.&dt=1745403620166&bpp=1&bdt=818&idt=255&shv=r20250421&mjsv=m202504170101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745313587%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745313587%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745313587%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7828700301708&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1844&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=42532523%2C95332924%2C95357878%2C95356661%2C95356809%2C95357715%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=4713489100041637&tmod=2029515020&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=260

İlhamlanmış gel

Digər tədqiqat qrupları ilə yanaşı, Portela və onun həmkarları adətən pleksiglas və keramika kimi adi polimerlərdən istifadə edərək mikroskopik qəfəsləri çap edərək və ya nanoabrikasiya edərək metamateriallar dizayn etmişlər. Onların çap etdikləri xüsusi naxış və ya arxitektura, yaranan metamateriala müstəsna güc və təsir müqaviməti verə bilər.

Bir neçə il əvvəl Portela metamaterialın mahiyyətcə sərt materialdan hazırlana biləcəyi ilə maraqlanırdı, lakin onu daha yumşaq, daha uzanan versiyaya çevirəcək şəkildə naxışlanmalıdır.

“Biz başa düşdük ki, metamateriallar sahəsi həqiqətən yumşaq maddə aləminə təsir göstərməyə çalışmayıb” deyir. “İndiyə qədər hamımız mümkün olan ən sərt və möhkəm materialları axtarırdıq.”

Bunun əvəzinə o, daha yumşaq, daha uzanan metamaterialları sintez etmək üçün bir yol axtardı. Adi qəfəs əsaslı metamateriallara bənzər mikroskopik dayaqları və trussları çap etmək əvəzinə, o və komandası bir-birinə toxunmuş yayların və ya rulonların arxitekturasını düzəltdi. İstifadə etdikləri materialın özü pleksiglas kimi sərt olsa da, əldə edilən toxunmuş metamaterialın rezin kimi yumşaq və yaylı olduğunu aşkar etdilər.

Portela xatırlayır: “Onlar elastik, lakin çox yumşaq və uyğun idi”.

Daha yumşaq metamateriallarını toplamaq yollarını axtararkən, komanda tamamilə fərqli bir materialdan ilham aldı: hidrogel. Hidrojellər, əsasən sudan və bir qədər polimer strukturundan ibarət olan yumşaq, elastik, Jell-O kimi materiallardır. MIT qrupları da daxil olmaqla tədqiqatçılar həm yumşaq, həm elastik, həm də sərt olan hidrojellər hazırlamağın yollarını işləyib hazırladılar. Onlar bunu çox fərqli xüsusiyyətlərə malik polimer şəbəkələrini, məsələn, təbii olaraq sərt olan və təbii olaraq yumşaq olan başqa molekulyar şəbəkə ilə kimyəvi cəhətdən çarpaz bağlanan molekullar şəbəkəsini birləşdirərək edirlər.

Portela və onun həmkarları belə ikili şəbəkə dizaynının metamateriallara uyğunlaşdırıla biləcəyi ilə maraqlandılar.

“Bu, bizim “aha” anımız idi” dedi Portela. “Biz düşündük: Bənzər sərt və uzanan xüsusiyyətlərə malik metamaterial yaratmaq üçün bu hidrogellərdən ilham ala bilərikmi?”

Strut və toxuculuq

Yeni araşdırmaları üçün komanda iki mikroskopik arxitekturanı birləşdirərək metamaterial hazırladı. Birincisi, struts və trusslardan ibarət sərt, şəbəkəyə bənzər bir iskeledir. İkincisi, hər bir dayaq və truss ətrafında toxunan rulonların bir nümunəsidir. Hər iki şəbəkə eyni akril plastikdən hazırlanır və iki fotonlu litoqrafiya adlanan yüksək dəqiqlikli, lazer əsaslı çap texnikasından istifadə etməklə bir anda çap olunur.

Tədqiqatçılar hər birinin ölçüsü bir neçə kvadrat mikrondan bir neçə kvadrat millimetrə qədər olan yeni ikiqat şəbəkədən ilhamlanan metamaterialın nümunələrini çap etdilər. Onlar materialı bir sıra stress testlərindən keçirdilər, burada nümunənin hər iki ucunu xüsusi nanomexaniki presə bağladılar və materialı ayırmaq üçün lazım olan qüvvəni ölçdülər. Onlar həmçinin materialın ayrılarkən uzandığı və cırıldığı yerləri və yolları müşahidə etmək üçün yüksək keyfiyyətli videolar çəkdilər.

Onlar tapdılar ki, onların yeni ikiqat şəbəkəli dizaynı öz uzunluğundan üç dəfə uzana bilir ki, bu da eyni akril plastiklə çap edilmiş adi qəfəs naxışlı metamaterialla müqayisədə 10 dəfə daha uzaqdır. Portela deyir ki, yeni materialın uzanan müqaviməti materialın sərt dayaqları ilə materialın gərginləşdiyi və çəkildiyi zaman daha dağınıq, bükülmüş toxunuş arasındakı qarşılıqlı təsirdən irəli gəlir.

Portela izah edir: “Bu toxunmuş şəbəkəni bir qəfəs ətrafında dolaşan spagetti qarışıqlığı kimi düşünün. Biz monolit qəfəs şəbəkəsini qırdıqca, o qırıq hissələr gəzinti üçün gəlir və indi bütün bu spagetti qəfəs parçaları ilə qarışır”. “Bu, toxunmuş liflər arasında daha çox qarışmağa kömək edir, bu da daha çox sürtünmə və daha çox enerji israfı deməkdir.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=3042148327&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745403653&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-metamaterial-high-strength-remarkable-flexibility.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiJdLFsiTm90LUEuQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNS4wLjcwNDkuOTYiXV0sMF0.&dt=1745403620167&bpp=1&bdt=819&idt=263&shv=r20250421&mjsv=m202504170101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745403618%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745403618%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745403618%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0%2C750x280%2C1905x945%2C1005x124&nras=3&correlator=7828700301708&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=2&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3904&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=128&eid=42532523%2C95332924%2C95357878%2C95356661%2C95356809%2C95357715%2C95340252%2C95340254&oid=2&psts=AOrYGsk1m-5aevwT3VSwMledShrwIPlRXUGeRwigZomHNB-kgV-Lx9_3a1JPXtlw6Ti43-SFr8ZK7mSonUOqcz7MRx-8OCP3%2CAOrYGsnHPJkxLH7ucqw5fM6-72JqAiu9iuCc__vS8VIlNVaxxcSOhKu2X2YnvXyk5KwAOegOkWaxNGph5TRcAF3SctKcs5SAmGa4hFfng407ZdNBTi0DLw&pvsid=4713489100041637&tmod=2029515020&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=33162

Başqa sözlə, materialın sərt şəbəkəsi boyunca sarılmış daha yumşaq struktur, çatlamış dayaqların yaratdığı çoxsaylı düyünlər və ya dolaşıqlar sayəsində daha çox gərginlik alır. Bu gərginlik materialda qeyri-bərabər yayıldığı üçün ilkin çatın birbaşa keçməsi və materialı tez cırması ehtimalı azdır. Üstəlik, komanda aşkar etdi ki, metamaterialda strateji dəliklər – “qüsurlar” – tətbiq etsələr, materialın məruz qaldığı hər hansı bir gərginliyi daha da dağıta bilər, onu daha da uzanır və parçalanmağa daha davamlı edir.

Tədqiqatın həmmüəllifi Surjadi deyir: “Siz düşünə bilərsiniz ki, bu, materialı daha da pisləşdirir”. “Ancaq biz qüsurları əlavə etməyə başladıqdan sonra gördük ki, edə bildiyimiz uzanma miqdarını iki dəfə artırdıq və sərf etdiyimiz enerjinin miqdarını üç dəfə artırdıq. Bu, bizə həm sərt, həm də sərt material verir ki, bu da adətən ziddiyyət təşkil edir.”

Komanda mühəndislərə metamaterialın sərt və uzanan şəbəkələrinin nümunəsini nəzərə alaraq onun necə performans göstərəcəyini təxmin etməyə kömək edə biləcək hesablama çərçivəsi hazırlayıb. Onlar belə bir planın yırtılmaz tekstil və parçalar dizaynında faydalı olacağını düşünürlər.

Portela deyir: “Biz həmçinin bu yanaşmanı daha kövrək materiallarda sınamaq, onlara çoxfunksiyalılıq vermək istəyirik”. “İndiyə qədər biz mexaniki xassələrdən danışdıq, amma onları keçirici və ya temperatura cavab verən hala gətirə bilsək necə olar? Bunun üçün iki şəbəkə temperatura müxtəlif yollarla cavab verən müxtəlif polimerlərdən hazırlana bilər ki, parça isti olanda məsamələrini aça və ya daha uyğunlaşa bilsin və soyuqda daha sərt ola bilsin. Bu, indi araşdıra biləcəyimiz bir şeydir.”

Ətraflı məlumat: İkiqat şəbəkədən ilham alan mexaniki metamateriallar, Təbiət Materialları (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02219-5

Jurnal məlumatı: Təbiət Materialları Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir