Normalerweise schließen sich die beiden Eigenschaften eines Materials gegenseitig aus: Etwas ist entweder steif oder es kann Vibrationen gut absorbieren – selten jedoch beides. Wenn wir jedoch Materialien herstellen könnten, die sowohl steif sind als auch Vibrationen gut absorbieren, gäbe es eine ganze Reihe potenzieller Anwendungen, vom Design im Nanomaßstab bis zur Luft- und Raumfahrttechnik.
Ein Forscherteam der Universität Amsterdam hat nun einen Weg gefunden, Materialien zu schaffen, die steif sind, aber dennoch Vibrationen gut absorbieren – und, was ebenso wichtig ist, die sehr leicht gehalten werden können.
David Dykstra, Hauptautor der in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Fortgeschrittene Werkstoffeerklärt: „Wir haben herausgefunden, dass der Trick darin besteht, Materialien zu verwenden, die sich verbiegen, etwa dünne Metallbleche. Wenn man sie geschickt zusammenfügt, werden Konstruktionen aus solchen verformten Blechen zu großartigen Schwingungsabsorbern – aber gleichzeitig auch konservierend.“ Die Steifigkeit des Materials, aus dem sie hergestellt sind, bleibt weitgehend erhalten. Darüber hinaus müssen die Platten nicht sehr dick sein, sodass das Material relativ leicht gehalten werden kann.“
Bildnachweis: Universität Amsterdam
Die Forscher untersuchten die Eigenschaften dieser geknickten Materialien eingehend und stellten fest, dass sie alle diese magische Kombination aus Steifigkeit und der Fähigkeit, Vibrationen abzuleiten, aufwiesen. Da bekannte Materialien nicht über diese gewünschte Kombination von Eigenschaften verfügen, haben die neuen im Labor hergestellten Materialien (oder Metamaterialien) ein sehr breites Spektrum potenzieller Anwendungen und in einem sehr breiten Spektrum von Maßstäben.
Mögliche Anwendungen reichen von metergroßen (denken Sie an Luft- und Raumfahrt, Automobilanwendungen und viele andere zivile Designs) bis hin zum Mikromaßstab (Anwendungen wie Mikroskope oder Nanolithographie).
Dykstra sagt: „Menschen bauen gerne Dinge – kleine und große Dinge – und wir möchten fast immer, dass diese Strukturen leicht sind. Wenn dies mit Materialien möglich ist, die sowohl steif als auch gut stoßdämpfend sind, können viele bestehende Designs dies erreichen.“ verbessert und viele neue Designs werden möglich. Die Anwendungsmöglichkeiten sind wirklich grenzenlos.“
Mehr Informationen:
David MJ Dykstra et al, Buckling Metamaterials for Extreme Vibration Damping, Fortgeschrittene Werkstoffe (2023). DOI: 10.1002/adma.202301747