ENGINEERINGNET.BE - Metamaterialen ontlenen hun bijzondere eigenschappen niet aan de chemische samenstelling van het materiaal waaruit ze zijn opgebouwd, maar aan hun interne microstructuur.
Voorwerpen die bijvoorbeeld in één richting worden samengedrukt, zetten normaal in de tegenovergestelde richting uit. Maar zogeheten auxetische materialen, een subklasse van metamaterialen, zijn ontworpen om het tegenovergestelde te doen.
Tot nu maakten mechanische metamaterialen geen gebruik van tijdafhankelijke effecten. Het team van Prof. Amir Zadpoor creëerde daarom nieuwe metamaterialen die hun mechanisch gedrag wel dynamisch kunnen veranderen.
Het team bouwde langwerpige pilaren die uit twee soorten materialen bestaan: de ene helft is gemaakt van een materiaal dat reageert op vervormingssnelheid, de andere helft van een materiaal dat hier niet gevoelig voor is.
Bij het in de lengterichting samendrukken van deze bipilaar, zorgt de elasticiteit van de materialen ervoor dat het niet breekt maar buigt. De onderzoekers toonden aan dat de bipilaar voorspelbaar naar links of rechts buigt, afhankelijk van de snelheid waarmee het samengedrukt wordt.
Dit snelheidsafhankelijke gedrag van bipilaren is de sleutel tot het creëren van nieuwe materialen met vreemde eigenschappen die nog niet eerder zijn gezien.
Bijvoorbeeld door parallelle, gespiegelde bipilaren via rigide connectoren met elkaar te verbinden, om zo een 3D rooster te vormen. Zo'n rooster krimpt bij lage compressiesnelheden en zet uit bij hoge snelheden. Een mogelijke toepassing van dit materiaal is als valbescherming.
Zadpoor: “Stel je een draagbare laag voor. Onder normale omstandigheden is het zacht en volgt het de bewegingen van het lichaam. Bij een botsing verandert het materiaal zijn gedrag en fungeert het als een schokdemper.” Dit kan nuttig zijn voor mensen die lijden aan osteoporose.
De onderzoekers creëerden ook bipilaarroosters die zijn geprogrammeerd om minder stijf te worden naarmate ze sneller worden belast. Dit gedrag is niet eerder waargenomen in vaste stoffen.
Plan is om 3D-printtechnieken te gebruiken om roosters van nog veel kleinere bipilaren te maken. De onderzoekers verwachten dat dit basiselement is te gebruiken om een grote verscheidenheid aan mechanisch gedrag te genereren.
