Материалы будущего. Как выглядят узоры из звука

Математики и инженеры из Университета Юты объединились, чтобы показать, как ультразвуковые волны могут организовать углеродные частицы в воде в некую структуру, узор которой никогда не повторяется. На основе этой структуры получится создать новые материалы с необычными свойствами.

Представьте себе шахматную доску. Чтобы повторить весь ее рисунок, достаточно иметь небольшой фрагмент из двух черных и двух белых квадратов, расположенных в соответствующем порядке. На его основе можно создать точно такие же фрагменты и соединить их в единую конструкцию.

Такая периодическая структура, с узорами, в которых есть повторение, возникает в кристаллах естественным путем. Возьмем, к примеру, крупицу соли. На атомном уровне это будет выглядеть как решетка из атомов натрия и хлора. Вы можете скопировать ее фрагмент из одной части и вставить в любую другую часть — они совпадут.

С квазипериодической структурой так сделать не получится. Посмотрите на узор, называемый мозаикой Пенроуза. На первый взгляд кажется, что геометрические ромбовидные плитки имеют повторяющийся узор. Но вы не сможете скопировать какой-то определенный фрагмент и вставить его в другое место. Рисунок не совпадет, так как он имеет индивидуализированную структуру на микроуровне.

Квазипериодический двухмерный узор. Фото: Fernando Guevara Vasquez

Ученые создали такую квазипериодическую структуру в реальности. Для этого они использовали ультразвуковые волны, возникающие под действием нескольких пар ультразвуковых преобразователей. Получилась восьмиугольная установка, в которую поместили небольшие углеродные наночастицы, взвешенные в воде. После включения преобразователей ультразвуковые волны направляли частицы углерода на определенные места, создавая квазипериодический узор, похожий на мозаику Пенроуза.

Изготовление новых материалов

Следующим шагом ученых будет попытка изготовить материал с квазипериодическим узором. Это было бы несложно, если бы все эксперименты с частицами проводили не с водой, а с полимером, например. Тогда вся структура могла бы затвердеть, как только частицы будут на месте.

«Что особенно важно, с помощью этого метода мы можем создавать квазипериодические материалы, которые являются двухмерными или трехмерными и могут иметь практически любую из обычных квазипериодических симметрий. Мы сами выбираем, как расположить ультразвуковые преобразователи и как ими управлять», — говорят ученые.

Пока неизвестно, на что точно будут способны новые материалы, но ожидается, что они будут реагировать на электромагнитные волны, подобные тем, которые используются сегодня в современных технологиях связи. Они также более жесткие, чем существующие материалы, и обладают низким коэффициентом трения.

Посмотрите на самые неоднозначные разработки ученых в сфере технологий за последнее время:

Это тоже интересно:

Во время загрузки произошла ошибка.
Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас