Specjaliści z dziedziny inżynierii materiałowej z LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) opracowali nową klasę miękkich metamateriałów o programowalnych właściwościach, charakteryzujących się zdolnością do absorbowania energii uderzenia i zmiany kształtu pod wpływem temperatury.
Metamateriały opracowano w oparciu o struktury lattice, otrzymywane w druku 3D metodą DIW (direct ink writing) z usieciowanych elastomerów ciekłokrystalicznych LCE (liquid crystal elastomers). Materiały typu LCE łączą w sobie właściwości ciekłych kryształów (uporządkowanie dalekiego zasięgu) i elastomerów (zdolność do odwracalnej deformacji). Konstrukcja struktur lattice może być projektowana z myślą o uzyskiwaniu różnego rodzaju efektów, takich jak pochłanianie energii uderzenia, sztywnienie, wiotczenie czy nawet zmiana kształtu – w zależności od architektury lattice i zmieniających się warunków otoczenia.
Uzyskano struktury lattice przystosowane do warunków ekstremalnych, miękkie i elastyczne przy ściskaniu z niewielką szybkością odkształcania, a przy gwałtownych odkształceniach – absorbujące 18 razy więcej energii od struktur lattice o analogicznej budowie, wykonanych z silikonu. Otrzymane metamateriały wykazały się także wytrzymałością w warunkach powtarzalnych uderzeń.
Swoją funkcjonalność prezentowane struktury lattice zawdzięczają wyjątkowym charakterystykom elastomerów ciekłokrystalicznych, związanych z możliwością reorientacji ciekłych kryształów w elastomerze, co skutkuje rozproszeniem energii i zapobiega miejscowym uszkodzeniom struktury.
Z kolei otrzymanie struktur lattice o projektowanych właściwościach było możliwe dzięki specjalnej metodologii druku 3D, w ramach której cząsteczki LCE przybierały żądaną orientację w dyszy ekstruzyjnej. W ten sposób otrzymano przykładowo metamateriały ulegające skurczeniu wzdłuż i wydłużeniu wszerz pod wpływem podwyższonej temperatury. W celu skutecznego prognozowania zachowania się struktur lattice w różnych scenariuszach obciążeń opracowano specjalne modele symulacyjne.
Dalsze prace nad wynalazkiem będą koncentrowały się nad projektowaniem bardziej złożonych struktur lattice, odpowiednich do dynamicznych zastosowań, między innymi z zakresu ochrony balistycznej i urządzeń biomedycznych.
llnl.gov
