Ученый из Томска научился управлять свойствами метаматериалов

Грамотное использование метаматериалов может вывести человечество на новый технологический уровень. Исследование ученого ТГУ дает новое фундаментальное знание, которое необходимо, чтобы программировать у метаматериалов новый функционал. К примеру, можно скрывать объекты в одном из диапазонов электромагнитной волны. Благодаря таким исследованиям в перспективе могут появиться самолеты, невидимые для радаров.

Ученый физико-технического факультета Томского государственного университета Линар Ахметшин провел серию экспериментов, нацеленных на программирование свойств метаматериалов и создание на их основе продуктов с особым функционалом. «Отличительной чертой метаматериалов является то, что их свойства зависят не от химического состава каркаса, а от структуры, которая организована особым образом. Из-за этого реакция метаматериала на внешнее воздействие тоже будет специфической, – говорит руководитель проекта доцент кафедры механики деформируемого твердого тела физико-технического факультета ТГУ Линар Ахметшин. – В рамках эксперимента я исследовал материалы с тетрахиральной структурой. Хиральность – это свойство предмета не накладываться на своё зеркальное отображение. Хиральная структура придает материалу необычные свойства. К примеру, если сжимать его по оси Y, то в плоскости Х-Z он будет каким-то образом сжиматься и скручиваться. Обычные материалы так себя не ведут».

Другим ещё более интересным свойством метаматериалов является способность отклонять и замедлять свет. Отрицательный коэффициент преломления позволяет скрывать объекты в одном из диапазонов электромагнитной волны. Исследователь говорит, что вполне реально, что в перспективе могут появиться самолеты, невидимые для радаров.

Ученый воздействует на образцы метаматериалов посредством сжатия. Регулярная элементарная ячейка метаматериала при нагружении по трем ортотропным осям не меняла свои физико-механические свойства. Различные преобразования ячейки (введение топологических дефектов) приводили к изменениям свойств, увеличивая или уменьшая эффект. «Дефект воспринимается обычно со знаком минус, но в моих исследованиях это просто инструмент. С его помощью удалось получить ряд новых фундаментальных знаний о метаматериалах на финальном этапе моего исследования – при сжатии и разрушении образцов, напечатанных на 3D-принтере, – объясняет Линар Ахметшин. – Так, угол поворота у регулярной ячейки равен 1,8°. Внедренный топологический дефект снизил угол вращения ячейки более чем на 60 процентов и заметно повысил жесткость материала. При этом жесткость ячейки с топологическим дефектом изменяется по оси нагружения и становится выше, когда дефект находится на нижней стороне кубического образца».

Точек приложения новых знаний о метаматериалах множество. Например, программируя материалы, можно ослаблять или поглощать энергию колебаний – и за счет этого создавать ударозащитные конструкции с особой прочностью. Использование такого свойства, как отрицательное преломление, дает возможность создавать новые решения в биомедицине, электронике и других областях.