복잡한 벌집 모양의 버팀대와 빔 구조는 동일한 재질의 단단한 슬래브보다 초음속 충격을 더 잘 견딜 수 있습니다.더욱이, 특정 구조가 중요하며 일부 구조는 다른 구조보다 충격에 대한 회복력이 더 뛰어납니다.

이것이 바로 MIT 엔지니어들이 미세한 메타물질, 즉 전체 재료에 뛰어난 특성을 부여하는 미세한 아키텍처로 의도적으로 인쇄, 조립 또는 기타 방식으로 엔지니어링된 재료를 사용한 실험에서 발견한 것입니다.

오늘 발표된 연구에서국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물, 엔지니어들은 다양한 메타물질 아키텍처와 초음속 충격에 대한 복원력을 신속하게 테스트하는 새로운 방법에 대해 보고합니다.

실험에서 팀은 미세한 지지 구조 사이에 작은 인쇄된 메타물질 격자를 매달아 놓은 다음 재료에 더 작은 입자를 발사했습니다.초음속.와 함께고속 카메라, 팀은 나노초 정밀도로 각 충격과 그 여파의 이미지를 캡처했습니다.

그들의 작업은 완전히 견고하고 비건축적인 대응물에 비해 초음속 충격에 더 탄력적인 몇 가지 메타물질 아키텍처를 확인했습니다.연구자들은 그들이 관찰한 결과를 말한다.미세한 수준길이 규모에 걸쳐 새로운 재료 구조가 실제 세계에서 충격을 어떻게 견딜지 예측하기 위해 비슷한 거시적 규모의 영향으로 확장될 수 있습니다.

"우리가 배우고 있는 것은 빠른 변형에도 불구하고 재료의 미세 구조가 중요하다는 것입니다."라고 MIT 기계 공학과의 Brit 및 Alex d'Arbeloff 경력 개발 교수인 연구 저자 Carlos Portela는 말합니다."우리는 우주선, 차량, 헬멧 및 가볍고 보호해야 하는 모든 것을 위한 코팅이나 패널로 만들 수 있는 충격 방지 구조를 식별하고 싶습니다."

이 연구의 다른 저자로는 제1저자이자 MIT 대학원생인 Thomas Butruille와 DEVCOM Army Research Laboratory의 Joshua Crone이 있습니다.

퓨어 임팩트

팀의 새로운 고속 실험은 엔지니어들이 초경량 탄소 기반 재료의 탄력성을 테스트했던 이전 작업을 기반으로 합니다.인간의 머리카락 너비보다 얇은 이 물질은 작은 기둥과 탄소 빔으로 만들어졌으며, 팀은 이를 인쇄하여 유리 슬라이드 위에 놓았습니다.그런 다음 그들은 음속을 초과하는 속도로 물질을 향해 미세입자를 발사했습니다.

이러한 초음속 실험에서는 미세 구조의 물질이 고속 충격을 견디며 때로는 미세 입자를 휘게 하고 때로는 이를 포착한다는 사실이 밝혀졌습니다.

"그러나 기판의 재료를 테스트하고 있었기 때문에 대답할 수 없는 질문이 많았는데, 이는 기판의 동작에 영향을 미쳤을 수 있습니다."라고 Portela는 말합니다.

새로운 연구에서 연구원들은 독립형 메타물질을 테스트하고 지지체나 지지 기판 없이 물질이 순전히 충격을 어떻게 견디는지 관찰하는 방법을 개발했습니다.

현재 설정에서 연구원들은 동일한 기본 재료로 만들어진 두 개의 미세한 기둥 사이에 관심 있는 메타물질을 매달아 놓습니다.테스트 중인 메타물질의 크기에 따라 연구원들은 기둥 자체의 영향 없이 물질이 모든 충격에 반응할 수 있도록 하면서 양쪽 끝에서 물질을 지지하기 위해 기둥이 얼마나 멀리 떨어져 있어야 하는지 계산합니다.

"이 방법으로 우리는 구조적 특성이 아닌 재료 특성을 측정하고 있음을 보장합니다"라고 Portela는 말합니다.

팀은 기둥 지지 설계를 결정한 후 다양한 메타물질 아키텍처를 테스트했습니다.각 아키텍처에 대해 연구원들은 먼저 작은 실리콘 칩에 지지 기둥을 인쇄한 다음 기둥 사이의 부유층으로 메타물질을 계속 인쇄했습니다.

Portela는 "우리는 단일 칩에서 수백 개의 이러한 구조를 인쇄하고 테스트할 수 있습니다."라고 말했습니다.

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