Pazartesi, Mart 4, 2024
Ana Sayfa Bilim Gelişmiş Metamateryal Yapıların Lazer Anahtarı

Gelişmiş Metamateryal Yapıların Lazer Anahtarı

– Advertisement –

MIT mühendisleri, metamalzemelerin dinamik özelliklerini hasara yol açmadan test etmek için yeni bir lazer tabanlı yöntem olan LIRAS'ı geliştirdi. Titreşimleri oluşturmak ve ölçmek için iki lazerin kullanılmasını içeren bu teknik, polimerler gibi malzemelerin mikro ölçekte daha derinlemesine anlaşılmasını sağlayarak ultrason teknolojisi ve koruyucu giysiler gibi alanlarda ilerlemelerin önünü açıyor.
MIT mühendisleri, metamalzemelerin dinamik özelliklerini hasara yol açmadan test etmek için yeni bir lazer tabanlı yöntem olan LIRAS’ı geliştirdi. Titreşimleri oluşturmak ve ölçmek için iki lazerin kullanılmasını içeren bu teknik, polimerler gibi malzemelerin mikro ölçekte daha derinlemesine anlaşılmasını sağlayarak ultrason teknolojisi ve koruyucu giysiler gibi alanlarda ilerlemelerin önünü açıyor.

Teknik, akustik lenslerin, darbeye dayanıklı filmlerin ve diğer fütüristik malzemelerin gelişimini hızlandırabilir.

Metamalzemeler mühendislik sihirbazlığının ürünleridir. Günlük polimerlerden, seramiklerden ve metallerden yapılırlar. Ve karmaşık mimarilerde mikro ölçekte hassas bir şekilde inşa edildiğinde, bu sıradan malzemeler olağanüstü özellikler kazanabiliyor.

Bilgisayar simülasyonlarının yardımıyla mühendisler, belirli malzemelerin örneğin ses odaklı akustik lenslere veya hafif, kurşun geçirmez filmlere nasıl dönüşebileceğini görmek için herhangi bir mikro yapı kombinasyonuyla oynayabilir.

Ancak simülasyonlar ancak bir tasarımı şu ana kadar alabilir. Bir meta materyalin beklentileri karşılayıp karşılayamayacağından emin olmak için onları fiziksel olarak test etmek şarttır. Ama itip çekmenin güvenilir bir yolu yoktu metamalzemeler mikro ölçekte ve süreçteki yapılarla temas etmeden ve fiziksel olarak zarar vermeden nasıl tepki vereceklerini bilmek.

Yenilikçi Lazer Tabanlı Teknik

Artık yeni bir lazer tabanlı teknik, gerçek dünya uygulamaları için gelecek vaat eden metamalzemelerin keşfini hızlandırabilecek güvenli ve hızlı bir çözüm sunuyor.

Tarafından geliştirilen teknik MİT Mühendisler metamateryalleri iki lazerden oluşan bir sistemle inceliyor; biri bir yapıyı hızlı bir şekilde yok etmek için, diğeri ise bir tokmakla zile vurup yankısını kaydetmek gibi tepki olarak titreşme yollarını ölçmek için. Çekicin aksine lazerler fiziksel temas kurmaz. Yine de bir meta malzemenin minik kirişleri ve dikmeleri boyunca, sanki yapı fiziksel olarak çarpılıyormuş, gerilmiş veya kesilmiş gibi titreşimler üretebilirler.

Gelişmiş Metamateryal Yapıların Lazer Anahtarı
Bu optik mikrograf, yansıtıcı bir alt tabaka üzerinde bir dizi mikroskobik meta malzeme örneğini göstermektedir. Merkezdeki bir numuneyi teşhis eden pompa (kırmızı) ve prob (yeşil) darbelerini gösteren lazer darbeleri dijital olarak eklenmiştir. LIRAS tekniği, substrat üzerindeki tüm numuneleri dakikalar içinde tarar. Katkıda bulunanlar: Carlos Portela, Yun Kai ve diğerlerinin izniyle

Dinamik Malzeme Karakterizasyonu

Mühendisler daha sonra ortaya çıkan titreşimleri, malzemenin darbelere nasıl tepki vereceği ve sesi nasıl emeceği veya dağıtacağı gibi çeşitli dinamik özelliklerini hesaplamak için kullanabilirler. Ultra hızlı bir lazer darbesiyle yüzlerce minyatür yapıyı dakikalar içinde harekete geçirebilir ve ölçebilirler. Yeni teknik, ilk kez mikro ölçekli meta malzemeleri dinamik olarak karakterize etmek için güvenli, güvenilir ve yüksek verimli bir yol sunuyor.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Araştırmaları

MIT Makine Mühendisliği Brit ve Alex d’Arbeloff Kariyer Geliştirme Profesörü Carlos Portela, “Bu malzemeleri test etmek, optimize etmek ve ayarlamak için daha hızlı yollar bulmamız gerekiyor” diyor. “Bu yaklaşımla istediğiniz özelliklere bağlı olarak en uygun malzemelerin keşfini hızlandırabiliriz.”

Portela ve meslektaşları LIRAS (lazer kaynaklı rezonans akustik spektroskopi için) adını verdikleri yeni sistemlerini bugün (15 Kasım) dergide yayınlanacak bir makalede ayrıntılarıyla anlatıyorlar. Doğa. MIT ortak yazarları arasında ilk yazar Yun Kai, Somayajulu Dhulipala, Rachel Sun, Jet Lem ve Thomas Pezeril ile Enerji Bakanlığı’nın Kansas Şehri Ulusal Güvenlik Kampüsü’ndeki Washington DeLima yer alıyor.

Fiziksel Testlerin Yapımı ve Sınırlamaları

Portela’nın birlikte çalıştığı metamalzemeler, mikroskobik dikmeler ve kirişlerden yapılmış küçük, iskele benzeri kulelere 3D olarak bastığı yaygın polimerlerden yapılıyor. Her kule, sekiz noktalı bağlantı kirişleri konfigürasyonu gibi tek bir geometrik birimin tekrarlanması ve katmanlanmasıyla desenlendirilmiştir. Uç uca istiflendiğinde, kule düzenlemesi tüm polimere başka türlü sahip olamayacağı özellikleri verebilir.

Ancak mühendislerin bu metamalzeme özelliklerini fiziksel olarak test etme ve doğrulama seçenekleri ciddi şekilde sınırlıdır. Nanoindentasyon, bu tür mikro yapıların son derece kasıtlı ve kontrollü bir şekilde incelenmesinin tipik yoludur. Yöntem, sıkıştırıldığında yapı üzerindeki küçük yer değiştirmeyi ve kuvvetleri ölçerken yapıyı yavaşça aşağı itmek için mikrometre ölçeğinde bir uç kullanır.

Portela, “Ancak bu teknik ancak bu kadar hızlı ilerleyebilir ve aynı zamanda yapıya da zarar verebilir” diye belirtiyor. “Bu yapıların, örneğin güçlü bir darbeye ilk tepkide dinamik olarak nasıl davranacağını, ancak onları yok etmeyecek şekilde ölçmenin bir yolunu bulmak istedik.”

(Meta)maddesel Bir Dünya

Ekip, altın filmler gibi çok ince malzemeleri fiziksel olarak dokunmadan harekete geçirmek için ultrason frekanslarına ayarlanmış kısa bir lazer darbesi kullanan, tahribatsız bir yöntem olan lazer ultrasoniğe yöneldi. Lazer uyarımı tarafından oluşturulan ultrason dalgaları, ince bir filmin, bilim adamlarının daha sonra filmin tam kalınlığını nanometre hassasiyetine kadar belirlemek için kullanabileceği bir frekansta titreşmesine neden olabilecek bir aralık içindedir. Bu teknik aynı zamanda ince bir filmin herhangi bir kusur taşıyıp taşımadığını belirlemek için de kullanılabilir.

Portela ve meslektaşları, ultrasonik lazerlerin aynı zamanda 3 boyutlu meta malzeme kulelerini güvenli bir şekilde titreştirebileceğini fark ettiler; Kulelerin yüksekliği (50 ila 200 mikrometre arasında değişen veya insan saçı çapının kabaca iki katı kadar) ince filmlere benzer mikroskobik ölçektedir.

Bu fikri test etmek için, lazer optik uzmanlığıyla Portela’nın grubuna katılan Yun Kai, iki ultrasonik lazerden oluşan bir masa üstü düzenek kurdu: meta malzeme örneklerini uyarmak için bir “darbeli” lazer ve ortaya çıkan titreşimleri ölçmek için bir “prob” lazer.

Ekip daha sonra tırnaktan daha büyük olmayan tek bir çip üzerine, her biri belirli bir yüksekliğe ve mimariye sahip yüzlerce mikroskobik kule bastı. Bu minyatür metamalzeme şehrini iki lazerli düzeneğe yerleştirdiler ve ardından tekrarlanan ultra kısa darbelerle kuleleri harekete geçirdiler. İkinci lazer her bir kuleden gelen titreşimleri ölçtü. Ekip daha sonra verileri topladı ve titreşimlerdeki kalıpları aradı.

“Bütün bu yapıları, çekiçle vurmaya benzer bir lazerle harekete geçiriyoruz. Daha sonra yüzlerce kulenin tüm hareketlerini yakalıyoruz ve hepsi biraz farklı şekillerde sallanıyor,” diyor Portela. “Daha sonra bu kıpırdamaları analiz edebilir ve her yapının dinamik özelliklerini, örneğin darbeye tepki olarak sertliklerini ve ultrasonun bunların içinden ne kadar hızlı geçtiğini çıkarabiliriz.”

Uygulama ve Gelecek Beklentiler

Ekip, kulelerdeki kusurları taramak için aynı tekniği kullandı. Birkaç hatasız kule bastılar ve ardından aynı mimarileri bastılar, ancak her biri kırmızı kan hücresinin boyutundan daha küçük olan eksik destekler ve kirişler gibi değişen derecelerde kusurlarla.

Portela şöyle açıklıyor: “Her kulenin titreşimsel bir imzası olduğundan, aynı yapıya ne kadar çok kusur koyarsak bu imzanın da o kadar fazla değiştiğini gördük.” “Yapılardan oluşan bir montaj hattını taradığınızı hayal edebilirsiniz. Biraz farklı bir imzaya sahip bir tane tespit ederseniz, onun mükemmel olmadığını bilirsiniz.”

Bilim adamlarının lazer düzeneğini kendi laboratuvarlarında kolayca yeniden oluşturabileceklerini söylüyor. Daha sonra Portela, pratik, gerçek dünyaya ait meta materyallerin keşfinin hızla artacağını öngörüyor. Portela ise, örneğin ultrason problarının hassasiyetini artırmak için ultrason dalgalarını odaklayan meta malzemeleri üretmeye ve test etmeye hevesli. Ayrıca, örneğin bisiklet kasklarının içini kaplamak için darbeye dayanıklı meta malzemeleri de araştırıyor.

Kai, “Şok ve etkileri azaltacak malzemeler üretmenin ne kadar önemli olduğunu biliyoruz” diye öneriyor. “Artık çalışmamızla ilk kez metamateryallerin dinamik davranışını karakterize edebiliyoruz ve onları uç noktalara kadar keşfedebiliyoruz.”

Referans: Yun Kai, Somayajulu Dhulipala, Rachel Sun, Jet Lem, Washington DeLima, Thomas Pezeril ve Carlos M. Portela, 15 Kasım 2023, “Lazerle Kaynaklanan Titreşimli İmzalar Yoluyla Metamateryallerin Dinamik Teşhisi”

Bu araştırma kısmen Enerji Bakanlığı’nın Kansas Şehri Ulusal Güvenlik Kampüsü, Ulusal Bilim Vakfı ve MIT Asker Nanoteknolojileri Enstitüsü aracılığıyla DEVCOM ARL Ordu Araştırma Ofisi tarafından desteklenmiştir.

BENZER KONULAR

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Yüksek Verimli Güneş Pillerinin Sırlarını Ortaya Çıkarıyoruz

- Advertisement - Yapay zeka yöntemlerinin yardımıyla araştırmacılar, yüksek verimli perovskit güneş pillerinin üretim süreçlerini iyileştirmeye çalışıyor.  Yapay zeka teknikleri, bilim adamlarına yüksek verimli güneş pilleri...
- Advertisment -

Son Eklenenler

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...

Antibiyotik Direnci Araştırmalarında Oyunun Kurallarını Değiştirecek Bir Şey

Antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadeledeki potansiyeli nedeniyle incelenen bir bakteriyofaj olan φX174, alternatif antibiyotiklerin geliştirilmesine yönelik yeni bilgiler sunuyor. yaşında COVID-19kelime "virüs” bulaşma, hastalık ve hatta...