Algemeen
Amolf metamaterialen
Dit eendimensionale metamateriaal bleek bij verdubbeling van lengte onverwacht stijver te worden.

Mechanische metamaterialen blijken meer verrassingen in petto te hebben bovenop hun ongebruikelijke eigenschappen zoals vormtransformatie en programmeerbaarheid. Als de materialen een slag groter zijn, gelden nieuwe spelregels. Dit ontdekten onderzoekers van Amolf, Universiteit Leiden en de Universiteit van Amsterdam (UvA).

Bij materialen zoals een elastiekje begrijpen we wat er gebeurt als je het groter maakt. Als het elastiekje twee keer langer is, is het dubbel zo makkelijk om het uit te rekken. Mechanische metamaterialen zijn anders: daar kan juist het tegenovergestelde gebeuren. De onderzoekers ontdekten dat een lange metastrip stijver kan zijn dan een korte.

Tot nu toe was het onderzoek naar metamaterialen gericht op relatief kleine systemen, waarbij aspecten zoals programmeerbaarheid goed voor de dag komen. Maar de ondezoekers vermoedden al dat er bij grotere systemen andere effecten zouden optreden. Daar is nu uitgebreid naar gekeken.

Metamaterialen

Metamaterialen zijn synthetische materialen met unieke, ongewone elektromagnetische eigenschappen die niet voorkomen in natuurlijke materialen. Meestal worden hiermee materialen bedoeld met een negatieve brekingsindex, maar dit is niet de enige mogelijke ongewone eigenschap (bron: Wikipedia).

De onderzoekers namen een relatief simpele strip metamateriaal onder de loep. Dit eendimensionale metamateriaal, opgebouwd uit stijve elementen die een klein beetje kunnen draaien ten opzichte van elkaar, bleek bij verdubbeling van lengte onverwacht stijver te worden. Dit opmerkelijke schaaleffect treedt ook op bij de complexere twee- en driedimensionale materialen.

Het team stuitte ook op een karakteristieke lengteschaal die de overgang van klein naar groot markeert. Het zag dat de speciale functionaliteit van het metamateriaal boven deze schaal als het ware gaat slijten. De bijzondere effecten van de geometrische structuur raken dan uitgesmeerd.

Uitsluitend het ontwerp van het metamateriaal ligt ten grondslag aan de karakteristieke lengteschaal. Denk bijvoorbeeld aan de invloed van de flexibiliteit van de scharnierpunten tussen vierkanten. De intrinsieke eigenschappen van het rubber waaruit het metamateriaal bestaat doen niet ter zake. Het is een nieuw natuurkundig fenomeen dat de onderzoekers ook met de computer hebben gemodelleerd.

Nieuwe ontwerpmogelijkheden

Ontwerpers van metamaterialen dienen dus rekening te houden met de karakteristieke lengteschaal. Maar het is niet zo dat het de mogelijkheden beperkt. De nieuwe fysica introduceert zelfs nieuwe mogelijkheden.

Er kwam nog een andere consequentie van de schaaleffecten aan het licht. Als het materiaal groter is, zorgt een kleine verschuiving van het drukpunt ervoor dat de respons van het materiaal compleet verandert. Dit biedt kansen om materialen te ontwerpen die verschillende soorten gedrag in zich verenigen. Denk aan een materiaal dat zowel flexibel als stijf kan zijn, afhankelijk van hoe je het inklemt.

Aan de Universiteit van Amsterdam is inmiddels een aparte onderzoeksgroep opgezet om het pionierswerk voort te zetten. Er valt namelijknog heel veel te ontdekken aan deze bijzondere materialen.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven