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Nov 27, 2023

Una combinación mágica

Por la Universidad de Amsterdam 5 de junio de 2023 Un material doblado que es a la vez rígido y

Por Universidad de Amsterdam 5 de junio de 2023

Un material abrochado que es a la vez rígido y bueno para absorber vibraciones. Crédito: D. Dykstra et al.

¿Prefieres chocar contra una pared de ladrillos o contra un colchón? La mayoría de la gente encontraría esta decisión sencilla. La dureza de una pared de ladrillos no amortigua eficazmente los golpes o las vibraciones, mientras que un colchón, con su suavidad, sirve como un excelente amortiguador de tales golpes. Curiosamente, en el ámbito del diseño de materiales, se pueden desear ambas características.

Los materiales deben ser expertos en disipar las vibraciones y, al mismo tiempo, mantener la rigidez suficiente para evitar el colapso bajo una presión significativa. Un equipo de investigadores del Instituto de Física de la UvA ha encontrado ahora una manera de diseñar materiales que logren hacer ambas cosas.

Por lo general, las dos caracterizaciones de un material son mutuamente excluyentes: algo es rígido o puede absorber bien las vibraciones, pero rara vez ambas cosas. Sin embargo, si pudiéramos fabricar materiales que fueran rígidos y buenos para absorber vibraciones, habría una gran cantidad de aplicaciones potenciales, desde el diseño a escala nanométrica hasta la ingeniería aeroespacial.

Una muestra de metamaterial de caucho con una masa en la parte superior se somete a excitaciones: primero con frecuencias crecientes y luego con frecuencias decrecientes. Cuando se somete a una gran excitación, la muestra se pandea. El pandeo es más pronunciado con una frecuencia decreciente. Crédito: Universidad de Ámsterdam

Un equipo de investigadores de la Universidad de Ámsterdam ha encontrado ahora una manera de crear materiales que son rígidos, pero que aún así absorben bien las vibraciones y, lo que es igualmente importante, que pueden mantenerse muy livianos.

David Dykstra, autor principal de la publicación, explica: "Descubrimos que el truco estaba en utilizar materiales que se doblan, como láminas de metal delgadas. Cuando se ensamblan de manera inteligente, las construcciones hechas con láminas dobladas se convierten en excelentes absorbentes de vibraciones. pero al mismo tiempo, conservan gran parte de la rigidez del material del que están hechos. Además, las láminas no necesitan ser muy gruesas, por lo que el material se puede mantener relativamente ligero".

La imagen (comienzo del artículo) muestra un ejemplo de un material que aprovecha este pandeo de las chapas para combinar todas estas propiedades deseadas.

Una muestra de metamaterial metálico con una masa en la parte superior se somete a excitaciones: primero con frecuencias crecientes y luego con frecuencias decrecientes. Cuando se somete a una gran excitación, la muestra se pandea. El pandeo es más pronunciado con una frecuencia decreciente. Crédito: Universidad de Ámsterdam

The researchers thoroughly investigated the properties of these buckled materials and found that they all showed this magical combination of stiffness and the ability to dissipate vibrations. As known materials do not have this desired combination of properties, the new lab-made materials (or metamaterialsMetamaterials are engineered materials that have properties not usually found in nature." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">metamateriales) tienen una gama muy amplia de aplicaciones potenciales y en una gama muy amplia de escalas.

Los usos posibles van desde el tamaño de un metro (piense en aplicaciones aeroespaciales, automotrices y muchos otros diseños civiles) hasta la microescala (aplicaciones como microscopios o nanolitografía).

Dykstra: "A los humanos les gusta construir cosas, cosas pequeñas y cosas grandes, y casi siempre queremos que estas estructuras sean livianas. Si eso se puede hacer con materiales que sean rígidos y buenos para absorber impactos, se pueden mejorar muchos diseños existentes. y muchos diseños nuevos se vuelven posibles. ¡Realmente no hay límite para las posibles aplicaciones!"

Referencia: "Metamateriales de pandeo para amortiguación de vibraciones extremas" por David MJ Dykstra, Coen Lenting, Alexandre Masurier y Corentin Coulais, 18 de mayo de 2023, Advanced Materials.DOI: 10.1002/adma.202301747