Механические свойства нового метаматериала достигают теоретических пределов

UCSB Engineering

Компьютерное моделирование и аналитические методы помогли определить оптимальную структуру материала, обладающего рекордным коэффициентом упругой деформации. Полученный материал состоит из трехгранных пирамид, упакованных в восьмиугольную структуру с внутренними пересекающимися диагональными стенками. Работа американских материаловедов опубликована в журнале Nature.

Полученная комбинация пирамид и пересеченных стенками ячеек обеспечивает низкую плотность материала, при этом наделяя его необычайно высокими механическими характеристиками. Он получил название Isomax. «Геометрия Isomax обеспечивает максимальную жесткость во всех направлениях», — объясняет Джонотан Бергер из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Другие геометрии, например кубические или шестиугольные соты, могут выдерживать нагрузку по одним направлениям, но разрушаются при других углах приложения силы. Полученная структура позволяет сопротивляться сдавливающему и сдвиговому усилию без увеличения веса или плотности.

Принимая во внимание его свойства, Isomax «должен быть очень интересным метаматериалом, — говорит Хейдн Уодли из Виргинского университета. — Он также должен быть прекрасным теплоизолятором и звукопоглощающим материалом. К областям потенциального применения можно отнести аэрокосмическую отрасль, легковесные автомобили и многие разделы робототехники, особенно мобильной».

Результаты были получены как при помощи компьютерного моделирования методом конечных элементов, так и аналитическими вычислениями, которые с хорошей точностью совпали. Также изученный материал должен по своим свойствам приближаться к пределу Хашина — Штрикмана, который определяет максимальное значение эффективного модуля упругости.