Создан класс материалов с изменяемыми механическими свойствами

Ученым из Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось создать новый класс материалов, которые могут обладать практически любыми механическими свойствами.

На базе новых стабильных кристаллических метажидкостей можно создавать, например, уникальные акустические призмы и совершенно новые акустические и оптические системы.

Новый материал относится к классу pentamode, предложенному в 1995 году Грэмом Мильтоном и Андреем Черкаевым. Тогда это была чисто теоретическая концепция механического поведения материалов, таких как золото или вода, выраженного параметрами сжатия и сдвига. Например, вода не может быть сжата в цилиндре, но может быть перемешана ложкой, таким образом ее можно описать через параметры сжатия и сдвига.

Слово penta имеет древнегреческое происхождение и означает «пять». В случае воды пять параметров сдвига равны нулю, и только один параметр (сжатия) отличается от этого значения. С этой точки зрения идеальное состояние pentamode-метаматериала соответствует состоянию воды, поэтому данные материалы и называют метажидкостями. Теоретически путем изменения соответствующих параметров, можно получить материал с любыми мыслимыми механическими свойствами. Но до сих пор создать pentamode-материал не удавалось.

Стабильная «четырехногая» наноструктура (оранжевый цвет) является основным элементом pentamode-метаматериала. Она формирует прочный трехмерный кристалл, позволяющий создавать материал с уникальными механическими свойствами

Немецкие ученые создали прототип уникального полимера, механическое поведение которого определяется остротой и длиной четырех отдельных «лучей» искусственной базовой наноструктуры. Для этого потребовалось соблюсти ряд сложных условий. С одной стороны нужно было создать специфические структуры в нанометровом диапазоне и соединить их друг с другом под прямым углом. С другой стороны, необходимо было создать полноценную крупную трехмерную структуру, проще говоря, «кусок материала».

Для этого пришлось применить технику записи лазерным лучом, разработанную компанией Nanoscribe. Она заключается в структурировании светочувствительных материалов в трех измерениях с помощью импульсного лазера и позволяет производить сложные микроскопические структуры заданной формы.