A Massachusettsi Egyetem kutatócsoportja Amherstben egy új, gumiszerű szilárd anyagot fejlesztettek ki, amelynek igen meglepő tulajdonságai vannak. Nagyon nagy mennyiségű energiát képes elnyelni és leadni, méghozzá programozhatóan.
Az új anyag nagyon sokféle felhasználásra ígérkezik alkalmasnak. Például a segítségével a robotok több energia felhasználása nélkül lehetnek képesek nagyobb teljesítmény kifejtésére, de készülhetnek belőle egészen újfajta sisakok és védőanyagok, amelyek a jelenlegieknél sokkal gyorsabban képesek az energiát elvezetni.
"Képzeljünk el egy gumiszalagot, amelyet kifeszítve és elengedve átreptethetünk a szobán. Most képzeljünk el egy szuper gumiszalagot. Ha egy bizonyos ponton túl nyújtjuk, akkor aktiváljuk az anyagban tárolt extra energiát. Amikor elengedjük ezt a gumiszalagot, egy mérföldet repül" - mondta Alfred Crosby, a polimer tudomány és a mérnöki tudományok professzora.
Ez a feltételezett gumiszalag egy új metaanyagból készül, amelyet úgy terveztek meg, hogy a tulajdonságai a természetben előforduló anyagokban ismerteken túlmutasson. Azaz egy rugalmas, gumiszerű anyagot kombinál beleágyazott apró mágnesekkel. Ez az új "elaszto-mágneses" anyag a fáziseltolódásnak nevezett fizikai tulajdonságot használja ki arra, hogy nagymértékben felerősítse az anyag által kibocsátott vagy elnyelt energia mennyiségét. Az erről szóló tanulmány a Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) című folyóiratban nemrég jelent meg.
A fáziseltolódás akkor következik be, amikor egy anyag egyik állapotból a másikba lép: gondoljunk csak a víz gőzzé válására vagy a folyékony beton szilárd felületté keményedésére. Amikor egy anyag "fáziseltolódik", energia szabadul fel vagy nyelődik el. A fázisváltások nem csak a folyékony, szilárd és gáz halmazállapotok közötti változásokra korlátozódnak. Az egyik szilárd fázisból a másikba is át lehet lépni. Az energiát felszabadító fáziseltolódás energiaforrásként hasznosítható, de az elégséges energia kinyerése mindig is nehéz feladat volt.
"Az energiafelszabadulás vagy -elnyelés felerősítéséhez új szerkezetet kell kialakítani molekuláris vagy akár atomi szinten" - mondja Crosby. Ez azonban kihívást jelent, és még nehezebb kiszámítható módon megvalósítani. Az amhersti kutatóknak a metaanyagok használatával azonban sikerült leküzdeni ezeket a kihívásokat. A professzor szerint nemcsak új anyagokat készítettek, hanem olyan tervezési algoritmusokat is kifejlesztettek, amelyek lehetővé teszik, hogy ezeket az anyagokat meghatározott reakciókra programozzák, és ezzel kiszámíthatóvá tegyék őket.
A csapatot néhány természetben megfigyelhető villámgyors reakció inspirálta: például a Vénusz légycsapójának bezáródása és a csapdaállkapcsos hangyák harapása. "Ezt egy következő szintre emeltük. Azzal, hogy apró mágneseket ágyazunk a rugalmas anyagba, irányítani tudjuk ennek a metaanyagnak a fázisátmeneteit. Mivel pedig a fáziseltolódás kiszámítható és megismételhető, a metaanyagot úgy tudjuk megtervezni, hogy pontosan azt tegye, amit szeretnénk: vagy elnyelje a nagy ütközésből származó energiát, vagy nagy mennyiségű energiát szabadítson fel robbanásszerű mozgáshoz" - mondta Xudong Liang, a tanulmány vezető szerzője, a sencseni Harbin Technológiai Intézet Massachusettsben kutató professzora a Phys.org szerint.
