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Nov 27, 2023

Uma Combinação Mágica

Pela Universidade de Amsterdã, 5 de junho de 2023 Um material deformado que é rígido e

Por University of Amsterdam, 5 de junho de 2023

Um material deformado que é rígido e bom em absorver vibrações. Crédito: D. Dykstra et al.

Você prefere correr para uma parede de tijolos ou para um colchão? A maioria das pessoas acharia esta decisão simples. A dureza de uma parede de tijolos não amortece eficazmente choques ou vibrações, enquanto um colchão, com sua maciez, serve como um excelente absorvedor de tais choques. Curiosamente, no domínio do design de materiais, essas duas características podem ser desejadas.

Os materiais precisam ser hábeis em dissipar vibrações e, ao mesmo tempo, manter rigidez suficiente para evitar o colapso sob pressão significativa. Uma equipe de pesquisadores do UvA Institute of Physics agora encontrou uma maneira de projetar materiais que conseguem fazer essas duas coisas.

Normalmente, as duas caracterizações de um material são mutuamente exclusivas: algo é rígido ou pode absorver bem as vibrações – mas raramente ambos. No entanto, se pudéssemos fazer materiais rígidos e bons em absorver vibrações, haveria uma série de aplicações em potencial, desde o design em nanoescala até a engenharia aeroespacial.

Uma amostra de metamaterial de borracha com uma massa no topo é submetida a excitações: primeiro com frequências crescentes e depois com frequências decrescentes. Quando submetida a uma grande excitação, a amostra deforma. A flambagem é mais pronunciada com uma frequência decrescente. Crédito: Universidade de Amsterdã

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Amsterdã agora encontrou uma maneira de criar materiais rígidos, mas ainda bons em absorver vibrações – e igualmente importante, que podem ser mantidos muito leves.

David Dykstra, principal autor da publicação, explica: "Descobrimos que o truque era usar materiais que dobram, como chapas finas de metal. Quando montadas de maneira inteligente, as construções feitas com essas chapas dobradas se tornam grandes absorvedores de vibrações – mas, ao mesmo tempo, preservam muito da rigidez do material de que são feitos. Além disso, as chapas não precisam ser muito grossas e, assim, o material pode ser mantido relativamente leve."

A imagem (início do artigo) mostra um exemplo de material que utiliza essa flambagem de chapas metálicas para combinar todas essas propriedades desejadas.

Uma amostra de metamaterial de metal com uma massa no topo é submetida a excitações: primeiro com frequências crescentes e depois com frequências decrescentes. Quando submetida a uma grande excitação, a amostra deforma. A flambagem é mais pronunciada com uma frequência decrescente. Crédito: Universidade de Amsterdã

The researchers thoroughly investigated the properties of these buckled materials and found that they all showed this magical combination of stiffness and the ability to dissipate vibrations. As known materials do not have this desired combination of properties, the new lab-made materials (or metamaterialsMetamaterials are engineered materials that have properties not usually found in nature." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">metamateriais) têm uma ampla gama de aplicações potenciais e em uma ampla gama de escalas.

Os usos possíveis variam do tamanho do medidor (pense em aplicações aeroespaciais, automotivas e muitos outros projetos civis) até a microescala (aplicações como microscópios ou nanolitografia).

Dykstra: "Os humanos gostam de construir coisas - coisas pequenas e grandes - e quase sempre queremos que essas estruturas sejam leves. Se isso puder ser feito com materiais rígidos e bons em absorção de choque, muitos projetos existentes podem ser melhorados e muitos novos designs se tornam possíveis. Realmente não há fim para as aplicações possíveis!"

Referência: "Buckling Metamaterials for Extreme Vibration Damping" por David MJ Dykstra, Coen Lenting, Alexandre Masurier e Corentin Coulais, 18 de maio de 2023, Advanced Materials.DOI: 10.1002/adma.202301747