Tiedot

3 akustista metamateriaalia, joista et todennäköisesti tiennyt

3 akustista metamateriaalia, joista et todennäköisesti tiennyt

Metamateriaalit ovat uskomattomia tekniikan ja tieteen saavutuksia. Yhdistämällä erilaisia ​​perusmateriaaleja tietyllä tavalla niitä voidaan käyttää muun muassa valon ja äänen käsittelyyn tavoilla, joita luonnossa ei näy.

Haluatko esimerkiksi rakentaa naamiointilaitteen? Voit harkita metamateriaalien käyttöä.

Tässä tutkitaan metamateriaalien joitain perusominaisuuksia ja esitellään kolme metamateriaalitieteen nykyistä kehitystä.

LIITTYVÄT: TIETEET TUTKIVAT UUDET MATERIAALIT, JOTKA VALMISTAVAT VALMISTEET TEHOKKAAMPI

Mitä ovat metamateriaalit ja miten ne toimivat?

Metamateriaali on keinotekoisesti rakennettu materiaali, joka pystyy osoittamaan ylimääräisiä sähkömagneettisia ominaisuuksia, joita luonnossa ei ole nähty tai joita ei ole saatavilla. Ne kehitettiin ensimmäisen kerran 2000-luvun alussa, ja siitä lähtien ne ovat nousseet nopeasti kasvavaksi tieteidenväliseksi tutkimus- ja kehitysalueeksi.

"Metamateriaalien ominaisuudet räätälöidään manipuloimalla niiden sisäistä fyysistä rakennetta. Tämä tekee niistä huomattavan erilaiset kuin luonnolliset materiaalit, joiden ominaisuudet määräytyvät pääasiassa niiden kemiallisten ainesosien ja sidosten avulla." - Encyclopedia Britannica.

Tällaiset materiaalit valmistetaan yleensä satunnaisesti tai jaksoittain hajautetuista keinotekoisista rakenteista, joiden koko ja tila ovat paljon pienempiä kuin tulevan EM-säteilyn aallonpituudet. Yleinen nykyinen esimerkki metamateriaaleista on jaetun renkaan resonaattorit (SRR).

Kuinka metamateriaalit valmistetaan?

Metamateriaalit ovat eräänlaisia ​​teknisiä materiaaleja, joille on annettu ominaisuuksia, joita ei tavallisesti löydy luonnosta.

"Ne on valmistettu yhdistelmämateriaaleista, jotka on valmistettu komposiittimateriaaleista, kuten metalleista ja muoveista. Materiaalit on yleensä järjestetty toistuviksi kuvioiksi mittakaavoissa, jotka ovat pienempiä kuin niiden ilmiöiden aallonpituudet, joihin ne vaikuttavat." - Wikipedia.

Metamateriaalien ominaisuudet eivät johdu niinkään niiden aineosista, vaan niiden lopullisesta suunnitellusta ja suunnitellusta rakenteesta.

"Niiden tarkka muoto, geometria, koko, suunta ja järjestely antavat heille älykkäät ominaisuudet, jotka kykenevät manipuloimaan sähkömagneettisia aaltoja: estämällä, absorboimalla, parantamalla tai taivuttamalla aaltoja, jotta saavutettaisiin etuja, jotka ylittävät tavanomaisten materiaalien mahdollisuuden." - Wikipedia.

Kunkin metamateriaalin rakenteen sanelee luonnonilmiö, jolla ne on suunniteltu manipuloimaan tai vaikuttamaan. Tällä voi olla vaikutusta näkyvään valoon, ääniin tai sähköön.

Mikä on negatiivinen taitekerroin?

Olet todennäköisesti perehtynyt taitekäsitteeseen, jossa valo taipuu kulkiessaan läpi väliaineen, kuten vesi. Negatiivisten taitekertoimien avulla, kuten nimestä voi päätellä, valo tosiasiallisesti "heijastuu" siirryttäessä positiivisesta indeksista negatiiviseen väliaineeseen sen sijaan, että se taittuisi.

Metamateriaalit, joilla on tämä ominaisuus, rakennetaan yleensä jaksoittain sijoitetuista osista, joita kutsutaan yksikkö soluiksi. Nämä kennot ovat yleensä huomattavasti pienempiä kuin ulkoisen sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus.

Tämä joidenkin metamateriaalien ominaisuus antaa tutkijoille ja insinööreille mahdollisuuden luoda esimerkiksi litteä linssi optisille laitteille. Nämä ovat halvempia valmistaa, yleensä kevyempiä, ja niitä voidaan käyttää moniin sovelluksiin pelkän keskittämisen lisäksi.

Mikä on negatiivinen läpäisevyys?

Negatiivinen läpäisevyys on materiaalin resistanssin mittaus sähkökentälle ja sen vuorovaikutus dielektrisen väliaineen kanssa. Väliaineen läpäisevyys kuvaa kuinka voimakasta sähkökenttää (oikeammin vuon) 'syntyy' varaosayksikköä kohti kyseisessä väliaineessa.

On perusperiaate, että kondensaattoreiden kaltaiset elementit perustuvat.

"Enemmän sähkövirtaa esiintyy väliaineessa, jolla on alhainen läpäisevyys (latausyksikköä kohden) polarisaatiovaikutusten takia. Permittiviteetti liittyy suoraan sähköiseen herkkyyteen, mikä mittaa sitä, kuinka helposti dielektrinen polarisoituu vasteena sähkökentälle. liittyy materiaalin kykyyn vastustaa sähkökenttää. " - researchgate.net.

Siksi jollakin metamateriaalilla, jolla on negatiivinen läpäisevyys, ei ole vastustuskykyä tietylle sähkökentälle.

Negatiivisen permittiviteetin käänteistä kutsutaan yllättäen absoluuttiseksi permittiviteetiksi. Tämä on vastusmitta, joka kohdataan, kun sähkökenttä syntyy tietylle väliaineelle.

Joitakin esimerkkejä akustisista metamateriaaleista

Kuten nimestä voi päätellä, akustiset metamateriaalit ovat keinotekoisesti luotuja materiaaleja, jotka on erityisesti suunniteltu ohjaamaan, ohjaamaan ja manipuloimaan ääniaaltoja.

Tässä on joitain viimeaikaisia ​​tapahtumia.

1. Tämä metamateriaali voi todella poistaa äänen

Bostonin yliopiston tutkijat ovat viime aikoina onnistuneet luomaan metamateriaalin, joka voi todella "poistaa äänen". Heidän rengasmainen rakenne pystyi leikkaamaan ääniä samalla kun ylläpitivät ilmavirtaa.

Tämän tyyppisellä metamateriaalilla voi olla mielenkiintoisia sovelluksia kevyen ja häiritsemättömän äänenvaimennuksen muodossa. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi droneissa melun vaimentamiseen tai rakennusten äänieristykseen.

2. Tämä akustinen metamateriaali voi todella kohdistaa äänen

Ison-Britannian Sussexin ja Bristolin yliopistojen tutkijat työskentelevät sellaisen metamateriaalin luomiseksi, joka voi kohdistaa äänen. Jos se onnistuu, sitä voidaan käyttää tuottamaan erittäin kohdistettuja kaiuttimia tai mikrofoneja.

Ne toimivat keskittämällä ääniaallot samalla tavalla kuin linssi voi kohdistaa valoa. Ja paras pala? Ne on rakennettu osittain LEGO-tiileistä!

"Vari-Sound" -nimellä tällä materiaalilla voi olla sovelluksia myös teattereissa, joissa "halpojen istuinten" äänenlaatu olisi yhtä suuri kuin edessä tai keskellä istuvien kanssa.

3. Tämä metamateriaali voi kuljettaa ja keskittyä ääntä

Ryhmä tutkijoita on suunnitellut onnistuneesti metamateriaalin, joka pystyy kuljettamaan äänen sen reunoja pitkin ja keskittämään sen keskelle. New Yorkin kaupungin yliopiston tiimi käytti metamateriaalin suunnittelussa topologian matemaattista kenttää.

"Uuden metamateriaalinsa rakentamiseksi Alù ja hänen tutkimuskumppaninsa loivat 3D-tulostimella sarjan pieniä trimmeerejä, renkaan, joka muodostui kolmesta akustisesta resonaattorista. Tutkijat kiinnittivät trimmerit kolmiomaisen ristikon muodostamiseksi." - upi.com.


Katso video: EXAMEN (Tammikuu 2022).