Двое инженеров из (США) смоделировали метаматериал с фазовым переходом, который характеризуется отрицательной сжимаемостью.
Иными словами, в определённом диапазоне прикладываемых усилий этот материал, свойства которого определяются не столько характеристиками составляющих его элементов, сколько искусственно созданной структурой, будет сжиматься при растяжении — или увеличиваться в размерах при сжатии. В основе его модели — два типа компонентов, которые могут быть как микро-, так и макроскопическими. Пара компонентов первого рода, обладающая сильной взаимной связью, разделена парой слабо взаимодействующих между собой компонентов. При этом, однако, внутренняя пара не даёт сблизиться паре сильно взаимодействующих компонентов.
При приложении силы к обычному материалу он оказывает противодействие, но после преодоления порога сопротивления начинает сжиматься при сжатии и удлиняться при растяжении. Казалось бы, порог противодействия не может быть бесконечным, а оказание противодействия не способно продолжаться вечно.
В предложенной компоновке метаматериала всё не так.
Когда внешняя сила принимается растягивать метаматериал, прежде всего нарушается слабая связь между внутренними компонентами, что позволяет сблизиться их антагонистам — сильно взаимодействующим компонентам. В результате весь материал сжимается. Напротив, если внешняя сила сжимает метаматериал, между слабо взаимодействующими внутренними компонентами при уменьшении расстояния между ними взаимодействие растёт, и это приводит к более сильному расталкиванию ими внешних компонентов и итоговому расширению материала.
Приведённый ниже рисунок помогает понять, как всё это должно работать. Связи на нём заменены системой пружин и струн, соединяющих частицы в обход пружин.
Иллюстрация NewScientist.
«Отрицательная сжимаемость» — очень необычное свойство, поскольку, по расчётам, сила, приложенная для сжатия или растяжения материала, получит противодействие (на первый взгляд) не по закону Ньютона — больше приложенной силы. В действительности противодействие будет равно приложенной силе плюс энергии взаимодействия части молекул (или мономолекул, или даже макроскопических компонентов) метаматериала. Это означает, что при попадании пули в бронежилет из такого гипотетического материала противодействие в точке попадания может оказаться в несколько раз выше, чем собственная энергия пули. При этом резко возрастёт вероятность рикошета, да и заброневое действие пули, если она всё же пробьёт материал, существенно упадёт.
Иначе говоря, если подобные метаматериалы когда-нибудь будут созданы, их можно будет использовать в броне будущего, а также при изготовлении экзоскелетов и их элементов — так называемых .
Отчёт об исследовании, проведённом Захарием Г. Николау (Zachary G. Nicolaou) и Эдилсоном Е. Моттером (), опубликован в журнале .
Комментариев нет:
Отправить комментарий