Dirəklərin və tirlərin mürəkkəb, pətəyə bənzər quruluşu eyni materialdan olan bərk plitədən daha yaxşı səsdən sürətli təsirə tab gətirə bilərdi. Üstəlik, spesifik struktur vacibdir, bəziləri təsirlərə qarşı digərlərinə nisbətən daha davamlıdır.

MİT mühəndisləri mikroskopik metamateriallarla – qəsdən çap edilmiş, yığılmış və ya başqa şəkildə ümumi materiala müstəsna xüsusiyyətlər verən mikroskopik arxitekturalarla hazırlanmış materiallarla təcrübələrdə tapdıqları budur.

Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalında bu gün çıxan bir araşdırmada mühəndislər bir sıra metamaterial arxitekturaları və onların səsdən sürətli təsirlərə davamlılığını tez bir zamanda sınaqdan keçirməyin yeni üsulu haqqında məlumat verirlər.

Təcrübələrində komanda mikroskopik dəstək strukturları arasında kiçik çap olunmuş metamaterial qəfəsləri dayandırdı, sonra səsdən yüksək sürətlə materiallara daha kiçik hissəciklər vurdu . Yüksək sürətli kameralarla komanda daha sonra nanosaniyəlik dəqiqliklə hər bir zərbənin və onun nəticələrinin şəkillərini çəkdi.

Onların işi tamamilə möhkəm, arxitekturasız həmkarları ilə müqayisədə səsdən sürətli təsirlərə daha davamlı olan bir neçə metamaterial arxitekturasını müəyyən etmişdir. Tədqiqatçılar mikroskopik səviyyədə müşahidə etdikləri nəticələrin müqayisə edilə bilən makromiqyaslı təsirlərə qədər genişləndirilə biləcəyini, uzunluq miqyaslı yeni material strukturlarının real dünyada təsirlərə necə tab gətirəcəyini proqnozlaşdırdıqlarını söyləyirlər.

MIT-də Maşınqayırma Mühəndisliyi üzrə Brit və Alex d’Arbeloff Karyera İnkişafı Professoru, tədqiqat müəllifi Carlos Portela deyir: “Bizim öyrəndiyimiz şey, maddi məsələlərinizin mikro strukturu, hətta yüksək deformasiya ilə belə”. “Biz kosmik gəmilər, nəqliyyat vasitələri, dəbilqələr və yüngül və qorunmalı olan hər şey üçün örtük və ya panellərə çevrilə bilən zərbəyə davamlı strukturları müəyyən etmək istəyirik.”

Tədqiqatın digər müəllifləri arasında ilk müəllif və MIT aspirantı Tomas Butruille və DEVCOM Ordu Araşdırma Laboratoriyasından Coşua Kron var.

Oynamaq

00:00
00:03
Səssiz

Parametrlər
PIP
Tam ekrana daxil olun
Oynamaq
MIT mühəndisləri, insan saçının enindən daha nazik ölçüdə, dəqiq arxitekturalı metamaterialdan atılan mikrohissəciklərin videosunu çəkiblər. Kredit: Massaçusets Texnologiya İnstitutu
Təmiz təsir

Komandanın yeni yüksək sürətli təcrübələri mühəndislərin ultra yüngül, karbon əsaslı materialın dayanıqlığını sınaqdan keçirdikləri əvvəlki işlərinə əsaslanır. İnsan saçının enindən daha incə olan bu material kiçik dirəklərdən və karbon şüalarından hazırlanmışdı, komanda onları çap edib şüşə slaydın üzərinə qoydu. Daha sonra mikrohissəcikləri səs sürətini aşan sürətlə materiala doğru atəşə tutdular.

Həmin supersəs eksperimentləri mikrostrukturlu materialın yüksək sürətli təsirlərə tab gətirdiyini, bəzən mikrohissəcikləri əyri, digər vaxtlar isə onları tutduğunu ortaya qoydu.

“Ancaq cavab verə bilmədiyimiz bir çox sual var idi, çünki materialları substratda sınaqdan keçirirdik, bu onların davranışlarına təsir göstərə bilər” Portela deyir.

Yeni araşdırmalarında tədqiqatçılar müstəqil metamaterialları sınamaq, materialların dayaq və ya dəstəkləyici substrat olmadan sırf özbaşına təsirlərə necə tab gətirdiyini müşahidə etmək üçün bir üsul hazırladılar.

Hazırkı quruluşlarında tədqiqatçılar eyni əsas materialdan hazırlanmış iki mikroskopik sütun arasında maraq doğuran metamaterialı dayandırırlar. Yoxlanılan metamaterialın ölçülərindən asılı olaraq, tədqiqatçılar materialın hər hansı bir təsirə cavab verməsini təmin etməklə yanaşı, sütunların özlərindən heç bir təsir olmadan materialı hər iki tərəfdən dəstəkləmək üçün sütunların bir-birindən nə qədər məsafədə olması lazım olduğunu hesablayır.

Portela deyir: “Bu yolla biz struktur mülkiyyəti deyil, maddi mülkiyyəti ölçməyimizi təmin edirik”.

Komanda sütun dəstəyi dizaynı üzərində qərarlaşdıqdan sonra müxtəlif metamaterial arxitekturalarını sınaqdan keçirməyə başladılar. Hər bir memarlıq üçün tədqiqatçılar əvvəlcə kiçik bir silikon çip üzərində dəstəkləyici sütunları çap etdilər, sonra metamaterialı sütunlar arasında asılmış təbəqə kimi çap etməyə davam etdilər.

“Biz yüzlərlə bu strukturu bir çipdə çap edib sınaqdan keçirə bilərik” dedi Portela.

Deliklər və çatlar
Komanda mürəkkəb pətəyə bənzər kəsiklərə bənzəyən asma metamaterialları çap etdi. Hər bir material spesifik üçölçülü mikroskopik arxitektura ilə çap edilmişdir, məsələn, təkrarlanan oktetlərdən ibarət dəqiq iskele və ya daha çox yönlü çoxbucaqlılar. Hər təkrarlanan vahid qırmızı qan hüceyrəsi qədər kiçik ölçülür. Yaranan metamateriallar insan saçının enindən daha nazik idi.

Tədqiqatçılar daha sonra hər bir metamaterialın zərbəyə davamlılığını, şüşə mikrohissəcikləri konstruksiyalara saniyədə 900 metrə qədər sürətlə (saatda 2000 mildən çox) atəşə tutaraq sınaqdan keçirdilər. Hər bir zərbəni kameraya çəkdilər və mərmilərin hər bir materiala necə nüfuz etdiyini görmək üçün əldə edilən şəkilləri kadr-kadr öyrəndilər. Sonra onlar materialları mikroskop altında araşdırdılar və hər bir təsirin fiziki nəticələrini müqayisə etdilər.

“Memarlıq materiallarında biz zərbədən sonra kiçik silindrik kraterlərin bu morfologiyasını gördük” dedi Portela. “Ancaq bərk materiallarda biz çoxlu radial çatlar və oyulmuş daha böyük material parçaları gördük.”

Ümumilikdə, komanda müşahidə etdi ki, yandırılan hissəciklər qəfəsli metamateriallarda kiçik deşiklər yaradır və buna baxmayaraq, materiallar toxunulmaz qalır. Bunun əksinə olaraq, eyni hissəciklər bərabər kütləli bərk, qəfəssiz materiallara eyni sürətlə yandırıldıqda, onlar sürətlə yayılan və materialın parçalanmasına səbəb olan böyük çatlar yaratdılar. Mikrostrukturlu materiallar, buna görə də, səsdən sürətli təsirlərə qarşı müqavimət göstərməklə yanaşı, çoxsaylı təsir hadisələrindən qorunmaqda daha səmərəli idi. Xüsusilə, təkrarlanan oktetlərlə çap olunan materiallar ən davamlı kimi görünürdü.

“Eyni sürətlə, oktet arxitekturasının qırılmasının daha çətin olduğunu görürük, yəni vahid kütləyə düşən metamaterial toplu materialdan iki dəfə çox təsirlərə tab gətirə bilər” dedi Portela. “Bu bizə deyir ki, bəzi arxitekturalar var ki, onlar materialı daha sərt edə bilərlər və bu da təsirdən daha yaxşı qorunma təklif edə bilər.”

Gələcəkdə komanda, daha güclü və daha yüngül qoruyucu vasitələrə, geyimlərə, örtüklərə və panellərə qədər genişləndirilə bilən arxitekturaları etiketləmək ümidi ilə yeni metamaterial dizaynları müəyyən etmək üçün yeni sürətli sınaq və təhlil metodundan istifadə etməyi planlaşdırır.

Portela deyir: “Məni ən çox həyəcanlandıran şey, bu ekstremal təcrübələrin çoxunu dəzgahda edə biləcəyimizi göstərməkdir”. “Bu, yeni, yüksək performanslı, dayanıqlı materialları təsdiq edə biləcəyimiz sürəti əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirəcək.”

Ətraflı məlumat: 3D arxitektura materiallarında hissəciklərin təsirinin dağılması mexanizmlərinin ayrılması, Milli Elmlər Akademiyasının Materialları (2024). DOI: 10.1073/pnas.2313962121 . doi.org/10.1073/pnas.2313962121

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları
Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir
Bu hekayə MIT News ( web.mit.edu/newsoffice/ ), MİT tədqiqatı, innovasiya və tədrisi haqqında xəbərləri əhatə edən məşhur saytın izni ilə yenidən nəşr edilmişdir.